Ensemble de volants pour moteur thermique, en particulier
pour véhicules automobiles.
L'invention concerne les moteurs alternatifs à
pistons, en particulier les moteurs thermiques utilisés pour l'entraînement des véhicules.
On sait qu'un moteur thermique à pistons comporte normalement, calé sur son arbre moteur, un volant d'inertie dont le rôle est de régulariser le couple moteur au cours
de chaque cycle et accessoirement de favoriser le démarrage du
du récepteur, en particulier du véhicule, dans le cas d'une transmission comportant un embrayage. Par suite, le moment d'inertie du volant est d'autant plus important pour une même cylindrée que le nombre de cylindres est faible, que le régime de ralenti
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l'énergie accumulée par le volant d'inertie étant proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du moteur, il en résulte que l'inertie nécessaire au régime minimum du moteur ou au démarrage du véhicule se trouve surabondante au régime rapide, puisqu'elle est de 36 à 100 fois supérieure.
Ceci est sans inconvénient dans un grand nombre d'applications industrielles où les récepteurs ont des régimes de fonctionnement à peu près constants. Par contre, si les régimes d'utilisation sont très variables et les variations très fréquentes, comme c'est le cas par exemple des véhicules automobiles circulant sur des voies très encombrées, l'excès de moment d'inertie est nuisible. En effet, aux régimes élevés il nuit aussi bien aux accélérations qu'il retarde, en augmentant par conséquent la consommation de carburant, qu'aux décélérations au cours desquelles l'énergie cinétique excédentaire doit être absorbée dans des résistances passives telles que les freins.
Dans une automobile, l'énergie cinétique du volant est, en prise directe, pratiquement négligeable devant celle du véhicule, mais elle devient importanté en valeur relative pour les rapports de transmission inférieurs. Si par exemple la masse du volant est de l'ordre de 1% de celle du véhicule, si R est le rayon de giration du volant, c'est-à-dire le rayon théorique où toute sa masse serait concentrée, et si la vitesse linéaire de cette masse au niveau R est, en prise directe, 2,5 fois celle du véhicule, l'énergie cinétique du volant est de (2,5<2>)/100, soit 6,25% de l'énergie cinétique du véhicule. Si l'on suppose maintenant que les rapports de la boite de vitesses sont étages par rapport à la prise directe dans les rapports 3/4, 1/2, 1/4, l'énergie cinétique du volant sera respectivement pour ces rap-ports 11%, 25% et 100% de celle du véhicule.
On peut donc dire que, dans l'exemple choisi, du fait du volant d'inertie,* la masse apparente du véhicule à l'accélération en première vitesse est portée au double de sa masse réelle. Par suite, dans une ville encombrée où les variations d'allure du véhicule et de régime du moteur lors des changements de rapport sont très fréquentes, la somme des énergies ainsi gaspillée n'est plus du tout négligeable.
Il faut enfin remarquer qu'au régime rapide, l'énergie cinétique des pièces mécaniques indispensable, en particulier du vilebrequin, devient importante et qu'au delà d'un certain régime, qui dépend d'un grand nombre de facteurs tels que le type du moteur, le nombre de cylindres, l'inertie des pièces tournantes et les régimes maximum et minimum, le volant d'inertie pourrait être supprimé ou au moins considérablement réduit. Mais alors
le moteur ne serait plus susceptible de fonctionner au-dessous de ce régime limite.
Le but de l'invention est précisément de conserver au moteur les avantages du volant d'inertie habituel tout en supprimant les inconvénients signalés.
L'invention consiste à monter sur l'arbre moteur un volant d'inertie de type habituel mais tournant fou sur cet arbre, sur lequel est calé un autre volant d'inertie réduite tournant à proximité immédiate du premier, avec un dispositif d'accouplement mécanique permettant d'exercer un couple d'entraînement entre le volant d'inertie et le volant réduit et de découpler cet entraînement au-dessus d'un certain régime limite.
Dans son mode de réalisation le plus simple, le volant réduit peut être disposé concentriquement au volant d'inertie et à l'intérieur de celui-ci, et le dispositif d'accouplement être constitué par des garnitures de friction douées d'une certaine masse et entraînées par le volant d'inertie tout en étant pressées sur la périphérie du volant réduit par des ressorts de rappel tarés pour obtenir le découplage au régime limite.et par conséquent le recouplage au-dessous de ce régime.
A titre de perfectionnement, ce dispositif peut comporter entre le volant d'inertie et le volant réduit, une roue libre empêchant que ce dernier tourne moins vite que le premier.
En variante,cette roue libre peut être remplacée par un dispositif d'autoserrage unidirectionnel des pièces de friction agissant dans le sens de rotation voulu.
Dans un mode de réalisation plus perfectionné, le dispositif de couplage entre le volant d'inertie et le volant réduit est constitué par un coupleur électromagnétique commandé par un relais à seuil connecté à une machine électrique tournante liée au volant et fonctionnant en génératrice tachymétrique, l'ensemble pouvant alors avantageusement être complété par un autre relais à seuil qui coupe également l'alimentation du coupleur électromagnétique pour les bas régimes du moteur, lorsqu'on ne demande plus de puissance, le moteur pouvant alors de ce fait s'arrêter sans comporter de régime de ralenti,
alors que toute nouvelle demande de puissance provoque le redémarrage immédiat du moteur par simple actionnement du dispositif d'accouplement électromagnétique qui couple le moteur arrêté sur le volant d'inertie dont la vitesse est entretenue par la machine tournante fonctionnant en moteur électrique.
D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre de divers modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une coupe axiale partielle du mode de réalisation le plus simple;
- la figure 2 est une coupe transversale partielle selon II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2 dans une variante de réalisation;
- la figure 4 est le schéma électrique de l'installation de la variante électromagnétique la plus complète.
On voit sur la figure 1 l'extrémité 1 du vilebrequin tournant dans le dernier palier 2 du bloc moteur 3. Cette extrémité de vilebrequin 1 comporte un bout cannelé 4 servant habituellement à l'accouplement du volant moteur. Conformément à l'invention, on cale sur ce bout 4, non pas le volant moteur habituel, mais un volant 5 d'inertie réduite à une valeur presque négligeable, et on dispose à proximité de ce volant réduit 5 le véritable volant d'inertie 6 dont la jante massive est réunie par un voile 7 à un moyeu 8 qui tourne f ou, par exemple au moyen de
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Dans les circonstances où le volant d'inertie 6 est nécessaire au fonctionnement du moteur, il est accouplé par un dispositif approprié avec le volant réduit 5, alors qu'au contraire dans les circonstances où l'inertie de ce volant est excessive
et de ce fait nuisible, le même dispositif découple le volant 6 du volant réduit 5.
Dans le mode de réalisation le plus simple que l'on puisse imaginer et qui est celui représenté sur la figure 1, ce dispositif d'accouplement entre le volant 6 et la partie 5 est constitué par des masselottes 11, disposées dans le volant 6 de manière à pouvoir coulisser radialement dans celui-ci, et comportant chacune une garniture de friction 12 venant agir sur la périphérie cylindrique du volant réduit 5 sous l'effet de ressorts 13 du tarage voulu pour obtenir le couple désiré.
A l'arrêt et pour les faibles régimes du moteur, le volant d'inertie 6 se trouve donc solidarisé avec le volant réduit 5 et par suite avec le vilebrequin 1, ce qui permet au moteur de fonctionner de la manière habituelle. Naturellement, à la suite du dispositif représenté sur la figure 1, se trouve un embrayage ou un dispositif équivalent permettant d'entraîner l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses à partir de l'arbre moteur 1 ou du volant réduit 5, mais non du volant d'inertie 6.
La masse des masselottes 11 est déterminée en fonction du tarage des ressorts 13 prédédents pour que, sous l'effet de la force centrifuge, le couple d'entraînement du volant d'inertie 6 par le volant réduit s'annule au-dessus d'un régime limite défini comme plus haut par la condition que le moteur est capable de fonctionner sans volant d'inertie au-dessus de ce régime par la seule inertie de ses propres pièces en mouvement, en particulier du vilebrequin et du volant réduit 5.
Ce régime limite peut correspondre par exemple à un régime de 30 à 35% du régime maximum du moteur, ce qui, en f onction de la loi du carré indiqué plus haut, correspond à des énergies cinétiques du volant accouplé inférieures à 10% de l'énergie ci-nétique que prendrait ce même volant au régime maximum s'il n'était pas découplé.
Le découplage du volant 6 d'avec le volant 5 peut sans inconvénient avoir une certaine progressivité mais dans tous les cas il est clair que, quelle que soit la vitesse de rotation du volant réduit 5 au-dessus du régime limite, la vitesse du volant d'inertie 6 se stabilise à une valeur pour laquelle le couple d'entraînement des masselottes 11 prend la valeur très faible qui correspond au couple d'entraînement à vide à vitesse constante du volant 6.
En effet, le roulement 9 n'introduit qu'un couple très faible, et de toute façon dans le sens moteur, de sorte qu'il ne subsiste que les forces de frottement de l'air environnant pour freiner le volant d'inertie 6, ce qui correspond effectivement à un couple très faible, d'où il résulte que pratiquement le volant d'inertie 6 conserve une vitesse constante égale au régime limite, puisque tout ralentissement se traduit par un recouplage progressif jusqu'à un nouveau découplage.
Au contraire, si le moteur et le volant réduit 5 ralentissent et repassent ce régime limite par valeurs décroissantes, cela produit un recouplage du volant d'inertie au moment de ce franchissement. Toutefois, si la progressivité du couplage à friction par les masselottes 11 n'est pas parfaite et que de ce fait la régulation de la vitesse du volant d'inertie 6 présente un pompage, c'est-à-dire des oscillations au-dessus et au-dessous d'une vitesse moyenne, il peut se produire que le volant 6, lancé au cours d'une de ces oscillations, mette un certain retard réaliser le recouplage, ce retard permettant alors au moteur et au volant 5 de descendre à un régime très inférieur au régime limite, de sorte qu'il se produit à ce moment là un à-coup lors du recouplage.
Pour éviter cela, on peut disposer, comme dans l'exemple représenté sur la figure 2, un dispositif de roue libre ou équivalent constitué par exemple par des billes 14 agissant sur la périphérie du volant 5 en glissant chacune le long d'un chemin incliné 15 du volant 6 en étant rappelé par des ressorts de rappel 16, de telle manière que si la rotation de l'ensemble se produit dans le sens 17, le volant 5 ne puisse tourner moins vi-te que le volant 6, car il se produit à ce moment là un coincement des billes 14.
A titre de variante, on peut également, comme représenté sur la figure 3, combiner l'ensemble des masselottes 11 et des billes 14 en dotant les masselottes d'un pouvoir autoserreur dans un sens déterminé, par exemple en les articulant au moyen de biellettes obliques 18, le ressort 13 étant dans ce cas avantageusement remplacé par un ressort à lame 19. En effet, dans
ce cas encore, toute tendance du volant 5 à ralentir au-dessous de la vitesse du volant 6 a pour effet, grâce à un début de friction même faible existant entre les garnitures 12 et le volant 5, de produire automatiquement l'arc-boutement des biellettes 18 dont l'effet s'ajoute à la poussée du ressort 19.
On voit déjà que l'invention, même sous ses formes sim- ples, permet en découplant le volant d'inertie 6 au-dessus du régime limite, c'est-à-dire en fait dans la plage pratique d'utilisation comprise entre 1/3 et 2/3 du régime maximum, d'obtenir des accélérations et des décélérations plus franches. Inversement aux accélérations ou décélérations égales, la dépense de carburant et l'usure des freins sont respectivement plus faibles. On peut également profiter de l'invention pour utiliser un volant découplable 6 plus lourd, afin d'obtenir un meilleur ralenti et un démarrage plus facile. Enfin il est possible, à puissance et accélération égales, de réaliser avec le dispositif des moteurs ayant un nombre de cylindres plus faible donc plus économiques que les moteurs à volant fixe.
Bien entendu, le dispositif réalisant le couplage mécanique entre le volant d'inertie 6 et le volant réduit 5 peut utiliser n'importe quel type d'embrayage connu, par exemple hydraulique ou électromagnétique en utilisant dans chaque cas un détecteur de vitesse approprié pour assurer la commande.
Dans la description qui précède, on remarque que le volant d'inertie 6 n'est utile qu'entre la vitesse de ralenti du moteur, soit environ 15% du régime maximum, et la vitesse de découplage, soit environ 30% du régime maximum. Il ne sert à rien en dessous de cette vitesse minimum de ralenti. Or à ce régime, son énergie cinétique serait déjà largement suffisante pour as-surer le lancement du moteur. Il faudrait pour cela pouvoir assurer le découplage du volant d'inertie par un moyen autre que centrifuge et supprimer la roue libre, ce qui est assez complexe
à obtenir par voie mécanique, mais réalisable selon l'invention par voie électrique, comme dans l'exemple représenté sur la figure 4.
Dans cet 'exemple, on a encore le volant 6 tournant fou autour du volant réduit 5, mais le dispositif d'accouplement entre les deux est constitué par un coupleur électromagnétique d'un type connu, logé par exemple dans l'espace 20 compris entre les deux pièces (figure 1). Ce coupleur est représenté sur le schéma de la figure 4 par son enroulement 21. D'autre part, le volant d'inertie 6 est entraîné, par exemple au moyen d'une simple courroie 22, par un moteur électrique 23 à excitation compound, c'està-dire comportant une excitation série 24 et une excitation shunt
25. En plus de cette fonction d'entretien du mouvement du volant d'inertie 6, ce moteur électrique 23 joue également le rôle de génératrice tachymétrique et même de démarreur, comme on le verra par la suite. Ce moteur 23 est éventuellement protégé par un limiteur d'intensité 26.
Sur le shéma de la figure 4, on a représenté par + et les deux lignes d'alimentation électrique du circuit de bord du véhicule. On voit d'autre part le contact d'allumage 27 qui est fermé lorsque le véhicule fonctionne et un contact auxiliaire 28 qui, au repos, se trouve ouvert par l'action de la pédale d'accélérateur 28a lorsque celle-ci est elle-même en position de repos, et qui se trouve par conséquent fermé dès que cette pédale d'accélérateur quitte sa position de repos. On voit d'autre part en 29 un relais dont le bobinage principal 30 est commandé par le contact 28 et dont le bobinage de maintien 31 est alimenté directement par le contact d'allumage 27, ce relais comportant un contact de travail 32 et un contact de repos 33.
Ce contact de repos 33 alimente par l'intermédiaire du contact d'allumage 27 la bobine 34 d'un relais comportant un contact de travail 36 qui ferme le circuit comprenant l'inducteur série 24 en série avec l'induit de la machine 23 et son inducteur shunt 25, et enfin le limiteur d'intensité 26. Enfin, aux bornes de l'inducteur shunt 25 se trouvent raccordées en parallèle les bobines 37 et 38 de deux relais, respectivement 39 et 40, dont
le premier 39 comporte un contact de travail 41 refermant le circuit des bobines 31 et 30 précédentes du relais 29, et le second
40 comporte un contact de repos 42 qui alimente le bobinage 21 du coupleur électromagnétique par l'intermédiaire du contact de travail 32 du relais 29 précédent.
Les relais 39 et 40 sont des relais à seuil réglés pour que, lorsque la machine 23 fonctionne en génératrice tachymétrique, le relais 39 se trouve désexcité; c'est-à-dire ouvre le contact 41, dès que le régime se trouve au-dessous d'un régime minimum, fixé par exemple à 10% du régime maximum, et que le relais
40 se trouve excité, c'est-à-dire ouvre le contact 42, dès que le régime dépasse le régime limite, c'est-à-dire par exemple 30% du régime maximum.
De cette manière, lorsque le moteur foncionne, c'est-àdire lorsque le contact d'allumage 27 est fermé et la pédale
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tact 28, le contact 41 étant par ailleurs fermé par le relais 39, puisque le moteur tourne au-dessus du régime minimum, cela a pour effet d'alimenter les deux bobines 30 et 31 du relais 29, lequel, d'une part, ouvre le contact 33, permettant au relais 35 d'ouvrir le contact 36, ce qui permet précisément à la machine 23 de fonctionner en génératrice tachymétrique, et d'autre part ferme le contact 32, ce qui alimente le coupleur 21 par l'intermédiaire du contact 42. Le moteur fonctionne donc normalement jusqu'à ce que sa vitesse dépasse le régime limite, auquel cas le relais 40 ouvre le contact 42 et supprime l'action du coupleur.
Comme pré- ' cédemment, le volant d'inertie 6 se trouve donc entraîné à ce régime limite, et ceci d'une part par la réversibilité de l'action de couplage et découplage, et d'autre part par le fait que le coupleur électromagnétique peut présenter un couple résiduel qui suffit à équilibrer le couple résistant, ce.qui peut suffirez l'entretien du volant 6 ou constituer un appoint appréciable.
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ple précédent en se découplant au-dessus du régime limite. Cependant, grâce à l'agencement indiqué, il peut en outre être dé-couplé lorsque le régime du moteur tombe au-dessous du régime minimum indiqué. En effet, dans ce cas la tension fournie par la génératrice 23 n'est plus suffisante pour maintenir collé le relais 39, de sorte que celui-ci ouvre le contact 41, ce qui coupe l'alimentation du relais 29 et par suite ouvre le contact 32 qui coupe l'alimentation du coupleur 21. En même temps, le relais
29 ferme le contact 33, ce qui excite le relais 34 et par suite ferme le contact 36, ce qui a pour effet d'alimenter la machine électrique 23 qui fonctionne en moteur compound à vitesse stabilisée réglée pour entraîner le volant 6 à la vitesse de lancement, égale par exemple à 20% du régime maximum.
On a vu que le relais 29 comporte un enroulement principal 30 et un enroulement de maintien 31. Cela permet, lors du fonctionnement entre le régime minimum et le régime limite, de pouvoir relâcher l'accélérateur 28a sans que le relais 29 bascule, étant maintenu par son bobinage de maintien 31. Par contre, lorsqu'on est au-dessous du régime minimum et que le contact 36 est fermé, l'alimentation du moteur 23 a pour effet d'actionner
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étant à ce moment là lâché, donc le contact 28 ouvert, la seule alimentation par 41 du bobinage de maintien 31 ne suffit pas à faire basculer le relais 29 qui reste en position de repos.
On voit donc que lorsqu'on lâche l'accélérateur, le moteur ralentit et, contrairement à ce qui se passe avec les moteurs habituels, lorsqu'on franchit en régimes décroissants le régime minimum, le volant 6 est découplé et continue seul à être entraîné par la machine électrique 23, alors que le moteur luimême, abandonné à bas régime sans volant d'inertie, s'arrête complètement. Bien entendu, que le moteur soit à carburation ou à injection, les dispositifs habituels d'alimentation au ralenti sont supprimés, ce qui constitue une simplification.
On voit donc en particulier que chaque fois que le véhicule s'arrête, le moteur s'arrête aussi, ce qui supprime du même coup les principales causes de pollution dues au fonctionnement du moteur au ralenti, et naturellement une économie de carburant non négligeable dans les villes encombrées.
On voit d'autre part qu'il suffit dans ces conditions <EMI ID=6.1>
effet de fermer le contact 28 et par suite d'alimenter le bobinage principal 30 du relais 29, le contact 41 étant alors fermé comme exposé plus haut. ce qui alimente par 32 le coupleur 21 et ouvre par 33 et 35 le contact 36 d'alimentation du moteur 23. Le moteur encore chaud accouplé à son volant d'inertie 6 tournant au régime limite démarre donc instantanément, même si une vitesse est déjà engagée. Lorsque le moteur est froid, c'est-à-dire lors du premier démarrage ou après une longue immobilisation, le démarrage se produit de la même façon mais il faut prendre soin, après fermeture du contact d'allumage 27, d'attendre quelques secondes que le volant 6 ait pris son régime de lancement.
En appuyant ensuite la pédale d'accélérateur 28a, cela produit le démarrage du moteur par inertie, de sorte que le dispositif permet non seulement de supprimer le ralenti, mais également le démarreur.
Bien entendu, si dans ce cas le démarrage ne se produit pas, l'usager lâche la pédale d'accélérateur le temps nécessaire pour relancer à nouveau le volant d'inertie et recommence le processus autant de fois que nécessaire. Grâce au démarrage par inertie,
la machine électrique 23 peut être d'une puissance relativement faible et finalement le démarrage, bien qu'un peu plus long, consomme moins de courant qu'un démarreur habituel.
On voit ainsi que l'invention, sous cette dernière forme permet, avec un matériel très simple comportant un coupleur électromagnétique et une machine électrique de faible puissance ainsi que quelques relais, d'obtenir, en plus de tous les avantages exposés précédemment pour les premiers modes de réalisation, de supprimer le démarreur et l'alimentation de ralenti, avec de ce fait une réduction de consommation électrique et de consommation de carburant, tant lors de l'immobilisation à l'arrêt du véhicule que lors du fonctionnement en "rétro", le frein moteur étant par ailleurs amélioré et la pollution annulée grâce à la suppression complète de toute alimentation pendant ces périodes où l'on lâche l'accélérateur et qui sont de loin celles habituellement les plus polluantes.
REVENDICATIONS
1/ Procédé d'entraînement d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'à la suite d'un moteur à combustion interne on
monte un volant d'inertie qui est calé de façon concentrique sur
le vilebrequin et qui est embrayable et débrayable par rapport
audit vilebrequin, en ce que, lorsque l'on ne demande pas de puissance au moteur, i.e. dans des,conditions de fonctionnement où le moteur n'entraîne pas le véhicule, (par exemple au cours du ralentissement, du freinage, à l'arrêt ou en marche par inertie du véhicule), le moteur est arrêté, et pour pouvoir mettre le moteur
à nouveau en marche, le volant d'inertie est découplé du moteur,
avant que ce dernier ne s'arrête, et est maintenu à une vitesse
de rotation déterminée, en ce que pour provoquer le redémarrage
immédiat du moteur on couple à nouveau le volant d'inertie au moteur arrêté et on lance ainsi le moteur, et en ce que pour un premier démarrage du moteur, ou après une longue immobilisation du véhicule, on amène le volant d'inertie, à l'état découplé, à une vitesse de rotation déterminée, puis on couple ledit volant
d'inertie au moteur.
Flywheel assembly for an internal combustion engine, in particular
for motor vehicles.
The invention relates to reciprocating motors
pistons, in particular heat engines used for driving vehicles.
We know that a piston engine normally includes, propped on its motor shaft, a flywheel whose role is to regularize the engine torque during
of each cycle and incidentally to promote the start of the
of the receiver, in particular of the vehicle, in the case of a transmission comprising a clutch. As a result, the moment of inertia of the flywheel is all the more important for the same displacement as the number of cylinders is low, as the idle speed
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the energy accumulated by the flywheel being proportional to the square of the engine speed, it follows that the inertia necessary for the minimum engine speed or for starting the vehicle is superabundant at fast speed, since it is 36 to 100 times greater.
This is without disadvantage in a large number of industrial applications where the receivers have roughly constant operating conditions. On the other hand, if the modes of use are very variable and the variations very frequent, as it is the case for example of the motor vehicles circulating on very congested tracks, the excess of moment of inertia is harmful. In fact, at high speeds it harms both the accelerations it delays, consequently increasing fuel consumption, and the decelerations during which the excess kinetic energy must be absorbed in passive resistances such as the brakes.
In an automobile, the kinetic energy of the steering wheel, in direct drive, is practically negligible compared to that of the vehicle, but it becomes significant in relative value for the lower transmission ratios. If for example the mass of the steering wheel is of the order of 1% of that of the vehicle, if R is the turning radius of the steering wheel, that is to say the theoretical radius where all its mass would be concentrated, and if the linear speed of this mass at level R is, in direct drive, 2.5 times that of the vehicle, the kinetic energy of the steering wheel is (2.5 <2>) / 100, or 6.25% of the energy kinetics of the vehicle. If we now assume that the gearbox ratios are stepped compared to the direct drive in the ratios 3/4, 1/2, 1/4, the kinetic energy of the steering wheel will be respectively for these reports 11%, 25% and 100% of that of the vehicle.
We can therefore say that, in the example chosen, due to the flywheel, * the apparent mass of the vehicle at acceleration at first speed is brought to twice its actual mass. As a result, in a congested city where the variations in vehicle speed and engine speed during gear changes are very frequent, the sum of the energy thus wasted is no longer negligible at all.
Finally, it should be noted that at rapid speed, the kinetic energy of the essential mechanical parts, in particular the crankshaft, becomes important and that beyond a certain speed, which depends on a large number of factors such as the type engine, the number of cylinders, the inertia of the rotating parts and the maximum and minimum revs, the flywheel could be eliminated or at least considerably reduced. But then
the engine would no longer be capable of operating below this limit speed.
The object of the invention is precisely to conserve the advantages of the usual flywheel while eliminating the drawbacks indicated.
The invention consists in mounting on the motor shaft a flywheel of the usual type but turning idly on this shaft, on which is wedged another reduced flywheel rotating in the immediate vicinity of the first, with a coupling device. mechanical allowing to exert a drive torque between the flywheel and the reduced flywheel and to decouple this drive above a certain limit speed.
In its simplest embodiment, the reduced flywheel can be arranged concentrically with the flywheel and inside it, and the coupling device be constituted by friction linings endowed with a certain mass. and driven by the flywheel while being pressed on the periphery of the reduced flywheel by tared return springs to obtain decoupling at the limit speed. and consequently the re-coupling below this speed.
By way of improvement, this device may comprise between the flywheel and the reduced flywheel, a free wheel preventing the latter from rotating less quickly than the former.
As a variant, this freewheel can be replaced by a unidirectional self-locking device for the friction parts acting in the desired direction of rotation.
In a more sophisticated embodiment, the coupling device between the flywheel and the reduced flywheel consists of an electromagnetic coupler controlled by a threshold relay connected to a rotating electrical machine linked to the flywheel and operating as a tachometric generator, l '' assembly which can then advantageously be supplemented by another threshold relay which also cuts the supply of the electromagnetic coupler for low engine speeds, when no more power is demanded, the engine then being able therefore to stop without comprising idle speed,
while any new power request causes the immediate restart of the engine by simple actuation of the electromagnetic coupling device which couples the stopped engine on the flywheel whose speed is maintained by the rotating machine operating as an electric motor.
Other features of the invention will appear in the following description of various embodiments taken as examples and shown in the attached drawing, in which:
- Figure 1 is a partial axial section of the simplest embodiment;
- Figure 2 is a partial cross section along II-II of Figure 1;
- Figure 3 is a view corresponding to Figure 2 in an alternative embodiment;
- Figure 4 is the electrical diagram of the installation of the most complete electromagnetic variant.
We see in Figure 1 the end 1 of the crankshaft rotating in the last bearing 2 of the engine block 3. This end of crankshaft 1 has a splined end 4 usually used for coupling the flywheel. In accordance with the invention, this end 4 is not wedged, not the usual flywheel, but a flywheel 5 of inertia reduced to an almost negligible value, and there is close to this reduced flywheel 5 the real flywheel 6, the massive rim of which is joined by a web 7 to a hub 8 which rotates f or, for example by means of
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In the circumstances where the flywheel 6 is necessary for the operation of the engine, it is coupled by a suitable device with the reduced flywheel 5, while on the contrary in the circumstances where the inertia of this flywheel is excessive
and therefore harmful, the same device decouples the flywheel 6 from the reduced flywheel 5.
In the simplest embodiment that one can imagine and which is that shown in FIG. 1, this coupling device between the flywheel 6 and the part 5 is constituted by weights 11, arranged in the flywheel 6 of so as to be able to slide radially therein, and each comprising a friction lining 12 acting on the cylindrical periphery of the reduced flywheel 5 under the effect of springs 13 of the desired setting to obtain the desired torque.
When stopped and for low engine speeds, the flywheel 6 is therefore secured to the reduced flywheel 5 and therefore to the crankshaft 1, which allows the engine to operate in the usual manner. Naturally, following the device represented in FIG. 1, there is a clutch or an equivalent device making it possible to drive the input shaft of the gearbox from the engine shaft 1 or from the reduced flywheel 5, but not the flywheel 6.
The mass of the flyweights 11 is determined as a function of the setting of the preceding springs 13 so that, under the effect of centrifugal force, the driving torque of the flywheel 6 by the reduced flywheel is canceled out above a limit speed defined as above by the condition that the engine is capable of operating without a flywheel above this speed by the sole inertia of its own moving parts, in particular the crankshaft and the reduced flywheel 5.
This limiting speed can correspond for example to a speed of 30 to 35% of the maximum speed of the engine, which, according to the law of the square indicated above, corresponds to kinetic energies of the coupled flywheel lower than 10% of l kinetic energy that this same flywheel would take at maximum speed if it were not decoupled.
The decoupling of the flywheel 6 from the flywheel 5 can without drawback have a certain progressiveness but in all cases it is clear that, whatever the speed of rotation of the flywheel reduces 5 above the limit speed, the speed of the flywheel of inertia 6 stabilizes at a value for which the drive torque of the flyweights 11 takes the very low value which corresponds to the idle drive torque at constant speed of the flywheel 6.
Indeed, the bearing 9 only introduces a very low torque, and in any case in the motor direction, so that only the friction forces of the surrounding air remain to brake the flywheel 6 , which effectively corresponds to a very low torque, from which it follows that practically the flywheel 6 maintains a constant speed equal to the limit speed, since any deceleration results in a gradual recoupling until a new decoupling.
On the contrary, if the engine and the reduced flywheel 5 slow down and go back over this limit speed in decreasing values, this produces a recoupling of the flywheel at the time of this crossing. However, if the progressiveness of the friction coupling by the flyweights 11 is not perfect and that, as a result, the regulation of the speed of the flywheel 6 exhibits pumping, that is to say oscillations above and below an average speed, it may happen that the flywheel 6, launched during one of these oscillations, puts a certain delay in effecting the re-coupling, this delay then allowing the motor and the flywheel 5 to descend to a regime much lower than the limit regime, so that there occurs at this time a jerk during the recoupling.
To avoid this, one can have, as in the example shown in FIG. 2, a freewheel device or equivalent constituted for example by balls 14 acting on the periphery of the steering wheel 5 by sliding each one along an inclined path 15 of the flywheel 6 being recalled by return springs 16, so that if the rotation of the assembly occurs in the direction 17, the flywheel 5 can not turn less vi-te than the flywheel 6, because it produces at this time a jamming of the balls 14.
As a variant, it is also possible, as shown in FIG. 3, to combine all of the weights 11 and of the balls 14 by endowing the weights with a self-locking power in a determined direction, for example by articulating them by means of rods oblique 18, the spring 13 being in this case advantageously replaced by a leaf spring 19. Indeed, in
this case again, any tendency of the flywheel 5 to slow down below the speed of the flywheel 6 has the effect, thanks to a start of friction even weak existing between the linings 12 and the flywheel 5, to automatically produce the bracing rods 18 whose effect is added to the thrust of the spring 19.
We can already see that the invention, even in its simple forms, makes it possible by decoupling the flywheel 6 above the limit speed, that is to say in fact within the practical range of use between 1/3 and 2/3 of the maximum speed, to obtain more frank acceleration and deceleration. Conversely at equal accelerations or decelerations, the fuel expenditure and the wear of the brakes are respectively lower. One can also take advantage of the invention to use a heavier decouplable flywheel 6, in order to obtain better idling and easier starting. Finally, it is possible, with equal power and acceleration, to produce with the device motors having a lower number of cylinders therefore more economical than motors with fixed flywheel.
Of course, the device performing the mechanical coupling between the flywheel 6 and the reduced flywheel 5 can use any type of known clutch, for example hydraulic or electromagnetic, in each case using an appropriate speed sensor to ensure the command.
In the foregoing description, it will be noted that the flywheel 6 is only useful between the idling speed of the engine, that is to say approximately 15% of the maximum speed, and the decoupling speed, that is to say approximately 30% of the maximum speed . There is no use below this minimum idling speed. However at this speed, its kinetic energy would already be largely sufficient to ensure the launch of the engine. This would require being able to decouple the flywheel by a means other than centrifugal and remove the freewheel, which is quite complex.
to be obtained mechanically, but achievable according to the invention electrically, as in the example shown in FIG. 4.
In this example, there is still the flywheel 6 turning madly around the reduced flywheel 5, but the coupling device between the two is constituted by an electromagnetic coupler of a known type, housed for example in the space 20 between the two pieces (figure 1). This coupler is represented in the diagram of FIG. 4 by its winding 21. On the other hand, the flywheel 6 is driven, for example by means of a simple belt 22, by an electric motor 23 with compound excitation, that is to say comprising a series 24 excitation and a shunt excitation
25. In addition to this function of maintaining the movement of the flywheel 6, this electric motor 23 also plays the role of tachometer generator and even of starter, as will be seen later. This motor 23 is possibly protected by an intensity limiter 26.
In the diagram of Figure 4, there is shown by + and the two power supply lines of the vehicle on-board circuit. We see on the other hand the ignition contact 27 which is closed when the vehicle is running and an auxiliary contact 28 which, at rest, is open by the action of the accelerator pedal 28a when the latter is even in the rest position, and which is therefore closed as soon as this accelerator pedal leaves its rest position. On the other hand, we see at 29 a relay whose main winding 30 is controlled by the contact 28 and whose retaining winding 31 is supplied directly by the ignition contact 27, this relay comprising a working contact 32 and a contact rest 33.
This resting contact 33 supplies, via the ignition contact 27, the coil 34 of a relay comprising a working contact 36 which closes the circuit comprising the series inductor 24 in series with the armature of the machine 23 and its shunt inductor 25, and finally the current limiter 26. Finally, at the terminals of the shunt inductor 25 are connected in parallel the coils 37 and 38 of two relays, respectively 39 and 40, of which
the first 39 includes a working contact 41 closing the circuit of the previous coils 31 and 30 of the relay 29, and the second
40 includes a break contact 42 which supplies the winding 21 of the electromagnetic coupler via the working contact 32 of the previous relay 29.
The relays 39 and 40 are threshold relays set so that, when the machine 23 operates as a tachometer generator, the relay 39 is de-energized; that is to say opens contact 41, as soon as the speed is below a minimum speed, fixed for example at 10% of the maximum speed, and the relay
40 is excited, that is to say opens the contact 42, as soon as the speed exceeds the limit speed, that is to say for example 30% of the maximum speed.
In this way, when the engine is running, that is to say when the ignition contact 27 is closed and the pedal
<EMI ID = 3.1>
tact 28, the contact 41 being moreover closed by the relay 39, since the motor rotates above the minimum speed, this has the effect of powering the two coils 30 and 31 of the relay 29, which, on the one hand, opens the contact 33, allowing the relay 35 to open the contact 36, which precisely allows the machine 23 to operate as a tachometer generator, and on the other hand closes the contact 32, which supplies the coupler 21 via of contact 42. The motor therefore operates normally until its speed exceeds the limit speed, in which case the relay 40 opens contact 42 and suppresses the action of the coupler.
As previously, the flywheel 6 is therefore driven to this limit speed, and this on the one hand by the reversibility of the coupling and decoupling action, and on the other hand by the fact that the coupler electromagnetic may have a residual torque which is enough to balance the resisting torque, ce.qui can suffice the maintenance of the flywheel 6 or constitute a significant boost.
<EMI ID = 4.1>
previous ple by uncoupling above the limit speed. However, thanks to the arrangement indicated, it can also be uncoupled when the engine speed falls below the minimum speed indicated. In this case, the voltage supplied by the generator 23 is no longer sufficient to keep the relay 39 glued, so that the latter opens the contact 41, which cuts the supply of the relay 29 and consequently opens the contact 32 which cuts the power to the coupler 21. At the same time, the relay
29 closes the contact 33, which excites the relay 34 and consequently closes the contact 36, which has the effect of powering the electric machine 23 which operates as a compound motor at a stabilized speed set to drive the flywheel 6 at the speed of launch, for example equal to 20% of the maximum speed.
We have seen that the relay 29 has a main winding 30 and a holding winding 31. This allows, during operation between the minimum speed and the limit speed, to be able to release the accelerator 28a without the relay 29 rocking, being maintained by its holding coil 31. On the other hand, when one is below the minimum speed and the contact 36 is closed, the power supply to the motor 23 has the effect of actuating
<EMI ID = 5.1>
being at this time released, therefore the contact 28 open, the only supply by 41 of the holding winding 31 is not enough to switch the relay 29 which remains in the rest position.
It can therefore be seen that when the accelerator is released, the engine slows down and, contrary to what happens with conventional engines, when the minimum speed is exceeded in decreasing revs, the flywheel 6 is decoupled and continues to be driven alone. by the electric machine 23, while the engine itself, abandoned at low speed without flywheel, stops completely. Of course, whether the engine is carburetted or injection, the usual idle feed devices are eliminated, which is a simplification.
We therefore see in particular that each time the vehicle stops, the engine also stops, which at the same time eliminates the main causes of pollution due to the engine running at idle, and naturally a significant fuel economy in congested cities.
We see on the other hand that under these conditions <EMI ID = 6.1>
effect of closing the contact 28 and consequently of supplying the main winding 30 of the relay 29, the contact 41 then being closed as explained above. which feeds by 32 the coupler 21 and opens by 33 and 35 the contact 36 for supplying the motor 23. The still hot motor coupled to its flywheel 6 turning at the limit speed therefore starts instantly, even if a speed is already engaged. When the engine is cold, that is to say during the first start-up or after a long standstill, start-up occurs in the same way but care must be taken, after closing the ignition contact 27, to wait a few seconds that the steering wheel 6 has taken its launch speed.
By then pressing the accelerator pedal 28a, this produces the engine starting by inertia, so that the device allows not only to suppress the idle, but also the starter.
Of course, if in this case the start does not occur, the user releases the accelerator pedal for the time necessary to restart the flywheel again and repeats the process as many times as necessary. Thanks to inertial starting,
the electric machine 23 can be of relatively low power and finally the starting, although a little longer, consumes less current than a usual starter.
It can thus be seen that the invention, in this latter form, makes it possible, with very simple equipment comprising an electromagnetic coupler and a low-power electrical machine as well as a few relays, to obtain, in addition to all the advantages described above for the first embodiments, to suppress the starter motor and the idling power supply, thereby reducing electrical consumption and fuel consumption, both during immobilization when the vehicle is stationary and during "retro" operation , the engine brake being also improved and the pollution canceled thanks to the complete removal of all power during these periods when the accelerator is released and which are by far those usually the most polluting.
CLAIMS
1 / A method of driving a motor vehicle characterized in that, following an internal combustion engine,
mounts a flywheel which is concentrically wedged on
the crankshaft and which is clutchable and disengageable compared
said crankshaft, in that, when power is not requested from the engine, ie under operating conditions where the engine does not drive the vehicle, (for example during deceleration, braking, stop or start by inertia of the vehicle), the engine is stopped, and to be able to start the engine
back on, the flywheel is decoupled from the engine,
before the latter stops, and is maintained at a speed
of determined rotation, in that to cause restart
immediately from the engine, the flywheel is again coupled to the stopped engine and the engine is thus started, and in that for a first start of the engine, or after a long immobilization of the vehicle, the flywheel is brought to the decoupled state, at a determined speed of rotation, then the said flywheel is coupled
engine inertia.