EP1258616B1 - Dispositif et procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile - Google Patents

Dispositif et procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile Download PDF

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EP1258616B1
EP1258616B1 EP02291198A EP02291198A EP1258616B1 EP 1258616 B1 EP1258616 B1 EP 1258616B1 EP 02291198 A EP02291198 A EP 02291198A EP 02291198 A EP02291198 A EP 02291198A EP 1258616 B1 EP1258616 B1 EP 1258616B1
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EP
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braking
crankshaft
brake
engine
stopping
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Vincent Bassot
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Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices

Definitions

  • the invention relates to a device for braking and stopping an internal combustion engine for propulsion of a motor vehicle which can be used in particular to stop the engine in a position facilitating a restart, according to claim 1 (see DE-A-19949931 ).
  • the internal combustion engines of motor vehicles comprise at least one piston movable alternately in a cylinder and, generally, several pistons each mounted in a cylinder, the piston or each of the pistons being connected to a crankshaft by a connecting rod driving the crankshaft. in rotation about an axis.
  • the crankshaft generally integral with a steering wheel at one of its ends, is a rotating part of the engine for driving the wheels of the vehicle, via the transmission.
  • the internal combustion engine is started by an electric motor or a reversible alternator ensuring the rotation of the rotating part of the engine and the displacement of the pistons in the cylinders, for example, by means of a ring gear.
  • stop and start used to stop and restart the engine when the vehicle is stopped momentarily, for example in a queue of vehicles
  • stop and start used to stop and restart the engine when the vehicle is stopped momentarily, for example in a queue of vehicles
  • the power required to start the engine is essentially variable between a minimum starting power and a maximum power which is approximately 30% higher than the minimum power.
  • the starting power depends in particular on the position of the moving parts of the engine stopped before starting and particularly the angular position of the rotating part of the engine comprising the crankshaft.
  • Such a device requires the use of an electric rotating machine such as a motor or a reversible alternator and a control module of the electric rotary machine.
  • a braking device of the rotating part of the propulsion engine of a motor vehicle can therefore be useful or indispensable to adjust the operation of the motor vehicle.
  • the object of the invention is to propose a device for braking and stopping an internal combustion engine for propulsion of a motor vehicle, the engine comprising a rotating part including in particular a crankshaft and a transmission shaft driven in rotation. by the crankshaft, this braking and stopping device of simple and inexpensive form to ensure the stopping or braking of the rotating part of the engine to optimize the operation of the motor vehicle.
  • the braking and stopping device comprises at least one first brake element integral in rotation with the rotating part of the motor and at least one second brake element comprising at least one braking means of the first brake element and means for controlling the passage of the braking means from an inactive position to a braking position, in order to brake the part rotating motor.
  • the single figure is a schematic view of a motor vehicle engine comprising a braking and stopping device according to the invention and its transmission.
  • an internal combustion engine 1 for propulsion of a motor vehicle comprising four cylinders in line and a crankshaft 2 connected to a first disk 3a of a clutch 3 having two disks 3a and 3b which can be placed in a co-operating position to drive in rotation, synchronously with the rotating part of the engine comprising the crankshaft 2, a transmission shaft 4 constituting the input shaft of a gearbox 5 of the motor vehicle.
  • the gearbox 5 comprises an output shaft 6 which transmits the rotation to the wheels of the motor vehicle, via a transmission 7 comprising, in the usual way, a bridge comprising a differential.
  • the device according to the invention may comprise one or the other braking and stopping devices 8a and 8b or the two devices 8a and 8b used concurrently.
  • the two devices 8a and 8b are identical in their constitution, so that only one of the devices will be described, for example the device 8a.
  • the device 8a comprises, as a first braking element, a brake disc 9a wedged on the end portion of the crankshaft 2 (or on a shaft connected to the crankshaft), in a disposition coaxial with the crankshaft 2, so as to be able to turn into position. synchronism with the rotating part of the engine comprising the crankshaft 2, and a brake caliper 11a constituting a second brake element comprising two brake pads 12a and 12'a located on either side of the disk 9a, facing a peripheral braking area of the disk.
  • the caliper 11a comprises a device for moving the braking pads 12a and 12'a between an inactive position, in which the pads are not in contact with the peripheral portion of the disk, and a braking position, in which the pads come in contact with the peripheral zone of the disc 9a.
  • the device for moving the braking pads 12a and 12'a of the caliper 11a is connected to an electronic control unit 10 which makes it possible to carry out a modulated braking and possibly a stopping of the rotating part of the motor in a determined position facilitating the restarting the engine.
  • the control unit 10 can be connected to different sensors and in particular to sensors measuring the rotation speed of the crankshaft 2 and of the transmission shaft 4 and of sensors making it possible to determine, in a very precise manner, the angular position of the crankshaft 2.
  • the second braking and stopping device 8b is similar to the device 8a, the bracket 11b of the second braking and stopping device 8b being controllable by the control unit 10.
  • the disc 9b of the second braking and stopping device 8b is wedged on the input shaft 4 of the gearbox 5, in a coaxial arrangement and rotates in synchronism with the input shaft 4 of the transmission box. speeds 5.
  • the control unit 10 of the braking and stopping devices 8a and 8b is activated, when the automation device of the stop and start system gives the command to stop the engine or, possibly, when the ignition is switched off to stop the engine.
  • the rotating part of the engine comprising the crankshaft 2 continues to rotate by inertia and the rotation speed and the angular position of the crankshaft serve as input data for the control unit 10 which makes it possible to perform a modulated braking of the rotating part of the crankshaft. motor, by controlling the displacement and tightening of the pads 12a and 12'a on the disk 9a integral with the crankshaft.
  • control unit 10 After complete shutdown of the rotating part of the engine, the control unit 10 ensures the inactive position of the braking pads 12a and 12'a.
  • the engine is then ready to restart under optimal conditions.
  • the parking brake of the automatic gearbox can be used as a braking and damping device. stopping the rotating part of the engine of the motor vehicle.
  • the parking brake can be realized in particular in the form of the braking and stopping devices 8a and 8b which have been previously described.
  • the synchronization of the speed of the input shaft 4 of the gearbox, during the passage of gears of the gearbox can be achieved by braking modulated using the device 8b or the device 8a.
  • the brake constituting the device according to the invention can be made in a different form of a brake having as a first brake element a disc integral with the rotating part of the engine and as second brake element one or more stirrups comprising braking means in the form of pads controlled to brake the disc by friction.
  • the invention applies to all types of motor vehicles and in particular to motor vehicles comprising a system for stopping and restarting the engine automatically or motor vehicles with a controlled or automatic gearbox.

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Description

  • L'invention concerne un dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile qui peut être utilisé en particulier pour arrêter le moteur dans une position facilitant un redémarrage, selon la revendication 1 (voir DE-A-19949931 ).
  • Les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles comportent au moins un piston mobile de manière alternative dans un cylindre et, généralement, plusieurs pistons montés mobiles chacun dans un cylindre, le piston ou chacun des pistons étant relié à un vilebrequin par une bielle entraînant le vilebrequin en rotation autour d'un axe.
  • Le vilebrequin, généralement solidaire d'un volant à l'une de ses extrémités, constitue une partie tournante du moteur assurant l'entraînement des roues du véhicule, par l'intermédiaire de la transmission.
    Le démarrage du moteur à combustion interne est assuré par un moteur électrique ou un alternateur réversible assurant la mise en rotation de la partie tournante du moteur et le déplacement des pistons dans les cylindres, par exemple, par l'intermédiaire d'une couronne d'entraînement solidaire du vilebrequin et d'un pignon ou d'une courroie.
  • De manière à limiter la puissance nécessaire du moteur électrique du démarreur ou de l'alternateur réversible et donc son encombrement ainsi que la consommation électrique nécessaire au démarrage du moteur, il est souhaitable de réaliser le démarrage du moteur à combustion interne dans des conditions telles que la puissance de démarrage soit minimale.
  • Dans le cas de véhicules automobiles équipés d'un système appelé "stop and start", utilisé pour arrêter et redémarrer le moteur lorsque le véhicule est arrêté momentanérnent, par exemple dans une file de véhicules, il est souhaitable, du fait de l'utilisation fréquente du démarreur, de limiter au maximum la puissance nécessaire au démarrage du moteur à combustion interne.
  • On a constaté, qu'après un arrêt d'un moteur thermique, la puissance nécessaire au démarrage du moteur est essentiellement variable entre une puissance minimale de démarrage et une puissance maximale qui est d'environ 30 % supérieure à la puissance minimale. Afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs au démarrage et à solliciter le moins possible le démarreur et la batterie alimentant le démarreur, il est souhaitable de régler les conditions de fonctionnement du moteur, de manière à pouvoir le démarrer dans tous les cas à une puissance voisine de la puissance minimale.
  • La puissance de démarrage dépend en particulier de la position des organes mobiles du moteur à l'arrêt avant le démarrage et tout particulièrement de la position angulaire de la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin.
  • On a proposé, dans une demande de brevet français 00 03609 , de régler la position angulaire du vilebrequin d'un moteur à combustion interne au moment de l'arrêt du moteur, à l'aide d'une machine tournante électrique reliée en rotation au vilebrequin. On peut soit moduler le freinage du moteur à cornbustion interne pendant la phase d'arrêt du moteur ou recaler la partie tournante dans une position favorable au redémarrage, en utilisant la machine tournante électrique.
  • Un tel dispositif nécessite l'utilisation d'une machine tournante électrique telle qu'un moteur ou un alternateur réversible et un module de commande de la machine tournante électrique.
  • Dans le cas de véhicules comportant une boîte de vitesses pilotée ou automatique, il est nécessaire de disposer d'un frein de parking et de synchroniser la vitesse de rotation de l'arbre de la boîte de vitesses au passage des rapports de vitesse, par freinage de l'arbre de la boîte de vitesses.
  • Un dispositif de freinage de la partie tournante du moteur de propulsion d'un véhicule automobile peut donc s'avérer utile ou indispensable pour régler le fonctionnement du véhicule automobile.
  • Le but de l'invention est de proposer un dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, le moteur comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin et un arbre de transmission entraîné en rotation par le vilebrequin, ce dispositif de freinage et d'arrêt de forme simple et peu coûteuse permettant d'assurer l'arrêt ou le freinage de la partie tournante du moteur pour rendre optimal le fonctionnement du véhicule automobile.
  • Dans ce but, le dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention comporte au moins un premier élément de frein solidaire en rotation de la partie tournante du moteur et au moins un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage du premier élément de frein et un moyen de commande de passage du moyen de freinage d'une position inactive à une position de freinage, pour freiner la partie tournante du moteur.
  • Selon des modes de réalisation plus particuliers de l'invention :
    • l'arbre de transmission est un arbre d'entrée d'une boîte de vitesses du véhicule automobile relié en rotation au vilebrequin de la partie tournante du moteur à combustion interne, par l'intermédiaire d'un embrayage, et le dispositif de freinage et d'arrêt comporte un disque calé sur l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses ;
    • le moyen de commande du moyen de freinage est une unité de commande électronique reliée à des capteurs de mesure de la position angulaire et de la vitesse de rotation du vilebrequin ; et
    • dans le cas d'un véhicule automobile comportant une boîte de vitesses automatique ayant un frein de parking, le frein de parking du véhicule automobile comporte l'un au moins des premiers éléments de frein et l'un au moins des seconds éléments de frein
  • L'invention est également relative à ;
    • un procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin, caractérisé par le fait qu'au moment de l'arrêt du moteur à combustion interne, on réalise un freinage modulé du vilebrequin, par l'intermédiaire d'un dispositif de freinage comportant un premier élément de frein calé sur le vilebrequin et un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage, en fonction d'informations concernant la position angulaire et la vitesse du vilebrequin, pour arrêter le vilebrequin dans une position angulaire déterminée facilitant un redémarrage du moteur à combustion interne, selon la revendication 5.
  • Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, un dispositif de freinage et d'arrêt de la partie tournante d'un moteur à combustion interne, suivant l'invention.
  • La figure unique est une vue schématique d'un moteur de véhicule automobile comportant un dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention et sa transmission.
  • Sur la figure, on a représenté, de manière schématique, un moteur à combustion interne 1 de propulsion d'un véhicule automobile comportant quatre cylindres en ligne et un vilebrequin 2 relié à un premier disque 3a d'un embrayage 3 comportant deux disques 3a et 3b qui peuvent être mis en position coopérante pour entraîner en rotation, de manière synchrone avec la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2, un arbre de transmission 4 constituant l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses 5 du véhicule automobile.
  • La boîte de vitesses 5 comporte un arbre de sortie 6 qui assure la transmission de la rotation aux roues du véhicule automobile, par l'intermédiaire d'une transmission 7 comportant, de manière habituelle, un pont comportant un différentiel.
  • On a représenté sur la figure deux dispositifs de freinage et d'arrêt suivant l'invention désignés par les repères 8a et 8b.
  • Le dispositif suivant l'invention peut comporter l'un ou l'autre des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b ou encore les deux dispositifs 8a et 8b utilisés concurremment.
  • Les deux dispositifs 8a et 8b sont identiques, quant à leur constitution, de sorte qu'on ne décrira que l'un des dispositifs, par exemple le dispositif 8a.
  • Le dispositif 8a comporte, comme premier élément de freinage, un disque de frein 9a calé sur la partie d'extrémité du vilebrequin 2 (ou sur un arbre relié au vilebrequin), dans une disposition coaxiale au vilebrequin 2, de manière à pouvoir tourner en synchronisme avec la partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2, ainsi qu'un étrier de freinage 11a constituant un second élément de frein comportant deux patins de frein 12a et 12'a situés de part et d'autre du disque 9a, en vis-à-vis d'une zone périphérique de freinage du disque.
  • L'étrier 11a comporte un dispositif de déplacement des patins de freinage 12a et 12'a entre une position inactive, dans laquelle les patins ne sont pas en contact avec la partie périphérique du disque, et une position de freinage, dans laquelle les patins viennent en contact avec la zone périphérique du disque 9a.
  • Le dispositif de déplacement des patins de freinage 12a et 12'a de l'étrier 11a est relié à une unité de commande électronique 10 qui permet de réaliser un freinage modulé et éventuellement un arrêt de la partie tournante du moteur dans une position déterminée facilitant le redémarrage du moteur. L'unité de commande 10 peut être reliée à différents capteurs et en particulier à des capteurs mesurant la vitesse de rotation du vilebrequin 2 et de l'arbre de transmission 4 et de capteurs permettant de déterminer, de manière très précise, la position angulaire du vilebrequin 2.
  • Le second dispositif de freinage et d'arrêt 8b est analogue au dispositif 8a, l'étrier 11b du second dispositif de freinage et d'arrêt 8b pouvant être commandé par l'unité de commande 10.
  • Le disque 9b du second dispositif de freinage et d'arrêt 8b est calé sur l'arbre d'entrée 4 de la boîte de vitesses 5, dans une disposition coaxiale et tourne en synchronisme avec l'arbre d'entrée 4 de la boîte de vitesses 5.
  • Dans le cas où le dispositif selon l'invention est utilisé pour arrêter le moteur dans une position facilitant le démarrage, l'unité de commande 10 des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b est activée, lorsque l'automate de gestion du système stop and start donne l'ordre d'arrêt du moteur ou, éventuellement, lorsqu'on coupe le contact pour arrêter le moteur.
  • La partie tournante du moteur comportant le vilebrequin 2 continue à tourner par inertie et la vitesse de rotation et la position angulaire du vilebrequin servent de données d'entrée pour l'unité de commande 10 qui permet de réaliser un freinage modulé de la partie tournante du moteur, par commande du déplacement et du serrage des patins 12a et 12'a sur le disque 9a solidaire du vilebrequin.
  • On peut ainsi régler de manière très précise la position angulaire d'arrêt du vilebrequin.
  • Après l'arrêt complet de la partie tournante du moteur, l'unité de commande 10 assure la remise en position inactive des patins de freinage 12a et 12'a.
  • Le moteur est alors prêt pour redémarrer dans des conditions optimales.
  • Dans le cas où le dispositif de freinage et d'arrêt suivant l'invention est utilisé sur un véhicule automobile comportant une boîte de vitesses pilotée ou automatique, le frein de parking de la boîte de vitesses automatique peut être utilisé comme moyen de freinage et d'arrêt de la partie tournante du moteur du véhicule automobile.
  • Le frein de parking peut être réalisé en particulier sous la forme des dispositifs de freinage et d'arrêt 8a et 8b qui ont été décrits précédemment.
  • Dans ce cas, après l'arrêt complet de la partie tournante du moteur, les patins de frein des étriers 11a ou 11b sont maintenus en position de serrage contre la partie périphérique du disque 9a ou 9b.
  • Egalement, dans le cas d'une boite de vitesses pilotée ou automatique, la synchronisation de la vitesse de l'arbre d'entrée 4 de la boîte de vitesses, lors du passage des rapports de la boîte de vitesses, peut être réalisée par freinage modulé à l'aide du dispositif 8b ou du dispositif 8a.
  • Le frein constituant le dispositif suivant l'invention peut être réalisé sous une forme différente d'un frein comportant comme premier élément de frein un disque solidaire de la partie tournante du moteur et comme second élément de frein un ou plusieurs étriers comprenant des moyens de freinage sous la forme de patins commandés pour freiner le disque par frottement.
  • L'invention s'applique à tout type de véhicules automobiles et en particulier aux véhicules automobiles comportant un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur ou encore aux véhicules automobiles comportant une boîte de vitesses pilotée ou automatique.

Claims (5)

  1. Dispositif de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne
    (1) de propulsion d'un véhicule automobile, le moteur comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin (2) et un arbre de transmission (4) entraîné en rotation par le vilebrequin (2), comprenant au moins un premier élément de frein (9a, 9b) solidaire en rotation de la partie tournante du moteur et au moins un second élément de frein comportant au moins un moyen de freinage (12a, 12'a) du premier élément de frein et un moyen de commande de passage du moyen de freinage d'une position inactive à une position de freinage, pour freiner la partie tournante du moteur (1), caractérisé par le fait que le premier élément de frein est un disque de frein (9a, 9b) calé sur l'un au moins du vilebrequin (2) et de l'arbre de transmission (4) et que le second élément de frein est un étrier de freinage (11a, 11b) du disque (9a, 9b) comportant, comme moyen de freinage, au moins un patin de freinage (12a, 12'a), par frottement sur une partie du disque de frein (9a, 9b).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre de transmission (4) est un arbre d'entrée d'une boîte de vitesses (5) du véhicule automobile relié en rotation au vilebrequin (2) de la partie tournante du moteur à combustion interne (1), par l'intermédiaire d'un embrayage (3), et que le dispositif de freinage et d'arrêt (8b) comporte un disque (9b) calé sur l'arbre d'entrée (4) de la boîte de vitesses (5).
  3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande (10) du moyen de freinage (12a, 12'a) est une unité de commande électronique reliée à des capteurs de mesure de la position angulaire et de la vitesse de rotation du vilebrequin (2).
  4. Dispositif suivant la revendication 1, dans le cas d'un véhicule automobile comportant une boîte de vitesses automatique (5) ayant un frein de parking, caractérisé par le fait que le frein de parking du véhicule automobile comporte l'un au moins des premiers éléments de frein (9a, 9b) et l'un au moins des seconds éléments de frein (11a, 11b).
  5. Procédé de freinage et d'arrêt d'un moteur à combustion interne de propulsion d'un véhicule automobile, comportant une partie tournante comprenant notamment un vilebrequin (2), caractérisé par le fait qu'au moment de l'arrêt du moteur à combustion interne (1), on réalise un freinage modulé du vilebrequin (2), par l'intermédiaire d'un dispositif de freinage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, en fonction d'informations concernant la position angulaire et la vitesse du vilebrequin (2), pour arrêter le vilebrequin (2) dans une position angulaire déterminée facilitant un redémarrage du moteur à combustion interne (1).
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DE (1) DE60231451D1 (fr)
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