FR2748427A1 - Dispositif d'entrainement pour un vehicule hybride - Google Patents

Dispositif d'entrainement pour un vehicule hybride Download PDF

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Abstract

Dans un agencement d'entraînement pour un véhicule hybride équipé d'un moteur à combustion interne et d'une machine électrique, et susceptible de fonctionner au choix avec un entraînement exclusivement par le moteur à combustion interne, avec un entraînement exclusivement par la machine électrique, ou bien simultanément avec un entraînement par les deux, le moteur à combustion interne et la machine électrique agissent sur un arbre de transmission de sortie commun, et la transmission de couple entre le vilebrequin 11 et l'arbre d'entrée de boîte de vitesses peut être commandée par un embrayage. Le rotor 21 de la machine électrique 5 est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin 11 et agit ainsi en tant que volant moteur pour le moteur à combustion interne, et le rotor 21, sur son côté dirigé vers la boîte de vitesses, est réalisé sous forme de surface de prise d'embrayage 35 d'un embrayage à friction 8 disposé entre la machine électrique et la boîte de vitesses.

Description

L'invention se rapporte à un agencement d'entraînement pour un véhicule
hybride qui est équipé d'un moteur à combustion interne et d'une machine électrique, et qui peut fonctionner au moins pendant des intervalles de temps limités, au choix avec un entraînement exclusivement par le moteur à combustion interne, avec un entraînement exclusivement par la machine électrique, ou bien simultanément avec un entraînement par le moteur à combustion interne et la machine électrique, le moteur à combustion interne et la machine électrique agissant sur un arbre de transmission de sortie commun, et la transmission de couple entre le vilebrequin du moteur à combustion interne et l'arbre d'entrée de boite de vitesses pouvant être commandée par
un moyen technique du type embrayage.
Le document DE 43 23 601 divulgue un véhicule hybride équipé d'un moteur à combustion interne et d'une machine électrique, et qui peut fonctionner au moins pendant des intervalles de temps limités, au choix avec un entraînement exclusivement par le moteur à combustion interne, avec un entraînement exclusivement par la machine électrique, ou bien simultanément avec un entraînement par le moteur à combustion interne et la machine électrique. Le moteur à combustion interne et la machine électrique agissent sur un arbre de transmission de sortie commun conduisant à une boite de vitesses à changement de rapport. Le rotor de la machine électrique est relié de manière fixe en rotation à cet arbre de transmission de sortie. Le stator présente un évidement axial s'étendant jusqu'à proximité des enroulements de stator et à l'intérieur duquel est disposé au moins en partie, l'embrayage. L'embrayage est réalisé sous la forme d'un embrayage à disque simple ou multiple, et comprend un amortisseur de torsion. Les variations de couple engendrées par l'ordre d'allumage du moteur à combustion interne, sont amorties au moyen de l'amortisseur de torsion, par déviation de l'amortisseur
de torsion hors de sa position de repos.
Un inconvénient de cela réside dans le fait qu'en raison de cet amortissement, une force de torsion agit sur le vilebrequin, qui s'appuie par l'intermédiaire du moteur à combustion interne sur les supports de montage de celui-ci, de sorte que les supports de montage, en raison de l'action de ces forces doit être dimensionné en conséquence. Ainsi, au moins une partie des irrégularités sont retransmises au moteur à combustion interne, notamment à ses supports de montage. Il peut ainsi se produire un accroissement des
oscillations de réaction de l'amortisseur de torsion.
Le document DE 32 30 607 divulgue un agencement d'entraînement comprenant un moteur à combustion interne et une machine électrique qui peut être reliée au précédent au moyen d'un embrayage, et qui pour sa part peut être reliée à la boite de vitesses au moyen d'un autre embrayage. Dans cet agencement d'entraînement, le rotor peut être couplé sans glissement au moteur à combustion interne, et forme une partie du volant moteur ou de la masse d'inertie du moteur à combustion interne lorsque l'embrayage est fermé. La machine électrique est commandée de manière à engendrer au moyen du rotor, un couple résistant agissant à l'encontre des irrégularités du moteur à combustion interne. Les oscillations en provenance du
moteur à combustion interne sont ainsi amorties.
L'inconvénient de cet agencement réside dans le fait qu'un embrayage soit disposé entre la machine électrique et le moteur à combustion interne, ce qui augmente la longueur d'encombrement axiale de cet agencement d'entraînement. A cela s'ajoute le fait que les oscillations produites par le moteur à combustion interne ne peuvent être amorties par la machine électrique que lorsque le moteur à combustion interne et la machine électrique sont liés de manière active, c'est à dire qu'un couple est transmis par l'embrayage. Si l'embrayage est ouvert il n'est pas possible de réaliser un amortissement actif des oscillations par la machine
électrique.
Le but de l'invention consiste à fournir un agencement d'entraînement de faible encombrement en direction axiale, dans lequel les variations de couple engendrées par l'ordre d'allumage du moteur à combustion
interne, sont compensées par la machine électrique.
Conformément à l'invention, ce but est atteint pour un agencement d'entraînement du type de celui mentionné en introduction et caractérisé en ce que le rotor de la machine électrique est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin et agit ainsi en tant que volant moteur pour le moteur à combustion interne, et en ce que le rotor, sur son côté dirigé vers la boite de vitesses, est réalisé de manière telle que cette surface de délimitation du rotor soit une surface de prise d'embrayage d'un embrayage à friction disposé entre la
machine électrique et la boite de vitesses.
Selon une configuration de l'invention, le stator est relié de manière fixe en rotation au carter de moteur, et la chaleur produite au niveau du moteur à combustion interne et du stator peut être évacuée par un système de refroidissement commun, le liquide de refroidissement s'écoulant tout d'abord au travers de
la machine électrique plus sensible à la température.
D'après une autre caractéristique de l'invention, lors d'un entraînement du véhicule, exclusivement par moteur électrique, les cylindres du moteur à combustion interne sont commutés en position hors de pression, de sorte que les pistons se trouvant dans des chemises et entraînés par la rotation du rotor par l'intermédiaire du vilebrequin, sont déplacés sans
effectuer de compression.
Grâce à la mesure consistant à relier de manière fixe le rotor au vilebrequin du moteur à combustion interne et à réaliser le rotor sur son côté dirigé vers la boite de vitesses sous la forme de surface de prise d'embrayage, on réalise un agencement d'entraînement de faible encombrement en direction axiale. Dans cet agencement, le volant moteur du moteur à combustion interne est formé par le rotor relié de manière fixe au vilebrequin. Comme il n'est pas prévu d'embrayage entre le moteur à combustion interne et la machine électrique, ceux-ci sont toujours liés de manière active. Les variations de couple engendrées par le moteur à combustion interne sont amorties ou compensées de manière active par une commande appropriée de la machine électrique, grâce au fait que dans le cas d'une pointe de couple transmise par le moteur à combustion interne au vilebrequin, on fait fonctionner la machine électrique en tant que générateur. L'énergie
excédentaire est transformée en énergie électrique.
Cette énergie électrique est stockée temporairement dans un élément de stockage pour énergie électrique, de préférence un condensateur. Si le couple transmis par le moteur à combustion interne au vilebrequin se trouve dans un creux, on fait fonctionner la machine électrique en tant que moteur qui transforme de l'énergie électrique stockée en un couple. Ce couple agit de manière additionnelle au couple fourni par le moteur à combustion interne, de sorte que le couple résultant sur l'arbre de transmission de sortie reste pratiquement constant. Cet amortissement actif des oscillations permet de minimiser les forces de réaction agissant sur le moteur à combustion interne. On évite un accroissement de ces variations de couple. Le système de support de montage du moteur à combustion interne est
ainsi déchargé.
Grâce à l'amortissement actif des oscillations, le vilebrequin est déchargé quant à la force de torsion qui agit sur lui, ce qui décharge notamment les supports de montage du moteur à combustion interne. Le vilebrequin entraîne des transmissions à courroie auxquelles il est relié de manière active, et qui sont prévues pour l'entraînement, par exemple d'une pompe à eau, d'un compresseur de climatisation et ainsi de suite. L'amortissement actif des oscillations uniformise la marche du vilebrequin, et décharge ainsi
également les transmissions à courroie.
En vue de réaliser une construction d'un encombrement le plus réduit possible dans la direction axiale, la surface de délimitation du rotor, située du côté de la boite de vitesses, est réalisée en tant que surface de prise d'embrayage. La surface de prise d'embrayage est ici conçue de manière telle, qu'aucun produit d'abrasion ne puisse parvenir de l'embrayage dans la machine électrique. Le cas échéant, cela nécessitera une plaque formant écran. Selon un mode de réalisation avantageux, il s'est avéré intéressant de relier le stator de la machine électrique au carter de moteur de manière à ce que les pertes de chaleur produites au niveau du moteur à combustion interne et de la machine électrique, puissent être évacuées par
l'intermédiaire d'un système de refroidissement commun.
Ce système de refroidissement comprend un système de canaux au travers desquels s'écoule un liquide de refroidissement. Ces canaux passent directement du stator de la machine électrique dans le carter du moteur à combustion interne, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des éléments de raccord distincts. Le liquide de refroidissement s'écoule avantageusement tout d'abord au travers de la machine électrique plus sensible à la température, et ensuite au travers du moteur à
combustion interne.
Lorsque le véhicule est entraîné exclusivement par le moteur électrique, il est avantageux de commuter les pistons du moteur à combustion interne en position hors de pression. Les pistons liés de manière fixe au vilebrequin sont entraînés parce qu'ils sont reliés de manière fixe au rotor par l'intermédiaire du vilebrequin. Grâce aux cylindres ayant été commutés en position hors de pression, il ne se produit qu'une très faible perte d'énergie par la liaison fixe entre le moteur à combustion interne et la machine électrique. Il est également possible de prévoir de ne commuter qu'une partie des cylindres du moteur à combustion interne en position hors de pression, en vue de réduire le nombre de cylindres du moteur à combustion interne pour économiser du carburant. La modification du nombre de cylindres conduit également à une modification du comportement oscillatoire du moteur à combustion interne. En conséquence, la machine électrique est commandée de manière adaptée au comportement oscillatoire modifié du moteur à combustion interne, de sorte que les oscillations engendrées par le moteur à combustion interne continuent à être amorties de manière active et optimale par la machine électrique. Par ailleurs, il est possible de prévoir un commutateur à l'aide duquel le conducteur peut influencer l'amortissement actif par la machine électrique. Le conducteur choisi s'il préfère l'amortissement optimal
ou une consommation de carburant moindre.
Selon un autre mode de réalisation, la machine électrique peut être disposée sur le côté du moteur à combustion interne opposé à celui dirigé vers la boite de vitesses, la machine électrique et le moteur à combustion interne agissant sur un arbre de transmission de sortie commun. Dans ce cas, également, le rotor est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin et agit ainsi en tant que volant moteur du moteur à combustion interne. Il s'est donc avéré avantageux de prévoir la machine électrique sur le côté du moteur à combustion
interne opposé à celui dirigé vers la boite de vitesses.
Il est ainsi inutile de réaliser une modification de la ligne de transmission habituelle constituée par le moteur à combustion interne, l'embrayage et la boite de vitesses. La machine électrique est agencée de manière physiquement séparée de l'embrayage. Elle est ainsi également protégée, par cette séparation physique, à l'encontre de produits d'abrasion en provenance de l'embrayage. Sur le côté du moteur à combustion interne opposé à celui dirigé vers la boite de vitesses, sont normalement prévues des transmissions à courroie au moyen desquels peuvent être entraînés une pompe à eau, un entraînement d'arbre à came et un compresseur de climatisation. Ces transmissions à courroie, dans la mesure o les appareils qu'elles entraînent ne peuvent pas être entraînés par la machine électrique, sont de préférence disposées sur le côté de la machine électrique, opposé à celui dirigé vers le moteur à combustion interne. En ce qui concerne l'amortissement actif des oscillations, le côté du moteur à combustion interne sur lequel est disposé la machine électrique n'a
pas d'importance.
Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail au regard des exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, qui montrent; Fig. 1 une représentation schématique de l'agencement d'entraînement, fortement simplifiée; Fig. 2 agencement d'une machine électrique avec un embrayage; Fig. 3 agencement d'une machine électrique avec un embrayage; Fig. 4 une représentation schématique d'un agencement d'entraînement. Sur la figure 1 est représenté le mode de construction schématique de l'agencement d'entraînement conforme à l'invention. Le moteur à combustion interne 3 est relié à la machine électrique 5, un élément de stockage 15 étant associé à la machine électrique 5. A la machine électrique 5 succède immédiatement l'embrayage 7, la surface de prise 35 de l'embrayage faisant partie intégrante de la machine électrique 5. A l'embrayage 7 succède une boite de vitesses 9, cette boite de vitesses 9 étant reliée à l'embrayage 7 par l'intermédiaire d'un arbre d'entrée de boite 14. La machine électrique 5 comprend pour sa part, un rotor 21 et un stator 19, le rotor étant relié de manière fixe en rotation au vilebrequin 11 du moteur à combustion interne 3 et le stator 19 au carter 4 du moteur à
combustion interne.
La machine électrique 5 est commandée de manière à agir à l'encontre des variations de couple du moteur à combustion interne 3. Lorsque le moteur à combustion interne 3 transmet un couple élevé (allumage) à l'arbre de transmission de sortie 13, on fait fonctionner la machine électrique 5 en tant que générateur 45, grâce au fait que cette machine électrique agit ainsi à l'encontre du mouvement de rotation produit par le vilebrequin 11 en convertissant une partie de l'énergie mécanique en énergie électrique qui est stockée dans un élément de stockage 15, qui comprend de préférence un élément de stockage temporaire 16. Le nombre des processus de charge-décharge est donné par la fréquence élevée d'allumage. L'élément de stockage temporaire 16 considéré doit donc présenter une durée de vie élevée relativement aux processus de charge-décharge, d'o l'intérêt d'utiliser un condensateur 17 particulièrement bien adapté à remplir la fonction d'élément de stockage temporaire 16. Lorsque le moteur à combustion interne 3 délivre un couple inférieur au couple moyen, on fait fonctionner la machine électrique 5 en tant que moteur électrique 47, qui convertit alors de l'énergie stockée temporairement dans l'élément de stockage 15, en un couple qui est additionné au couple fourni par le moteur à combustion
interne 3.
Dans le cas d'un fonctionnement s'effectuant exclusivement par le moteur à combustion interne, la machine électrique 5 n'exerce qu'une action d'amortissement d'oscillations, tel que cela a été décrit précédemment. Si l'élément de stockage d'énergie comprend une batterie 18, cette batterie 18 pouvant être prévue en plus d'un condensateur 17, le véhicule peut être utilisé avec un fonctionnement mixte, c'est à dire qu'aussi bien le moteur à combustion interne 3 que le moteur électrique 47 contribuent au couple transmis à l'arbre de transmission de sortie 13. Les oscillations produites par le moteur à combustion interne 3 continuent à être compensées par les variations de couple du couple fourni par le moteur électrique 47, ces variations de couple étant adaptées aux oscillations et agissant à l'encontre de celles-ci. La batterie 18 est chargée au moyen de la machine électrique fonctionnant en tant que générateur 45 entraîné par le moteur à combustion interne 3. L'état de charge de la batterie 18 est surveillé, pour que l'élément de stockage 15 de
l'énergie électrique soit toujours suffisamment chargé.
Dans le cas d'une capacité suffisamment grande de l'élément de stockage 15 pour l'énergie électrique, le véhicule peut être entraîné, au moins durant des intervalles de temps limités, exclusivement par moteur électrique. Comme le rotor 21 est relié de manière fixe au vilebrequin 11 du moteur à combustion interne 3, ce vilebrequin est entraîné par le rotor 21. Pour cette raison, dans ce mode de fonctionnement s'effectuant exclusivement par un entraînement par moteur électrique, les cylindres sont commutés en position hors de pression, de sorte que les pistons reliés de manière fixe au vilebrequin sont déplacés dans les chemises
avec de faibles pertes par friction.
Le principe du mode de construction de la machine électrique 5 va être décrit de manière plus détaillée au regard de la figure 2. La machine électrique 5 comprend un rotor 21 pourvu d'aimants 25 et un stator 19 pourvu d'enroulements de cuivre 23. Le stator 19 est maintenu par un support de stator 20 dans lequel sont prévus des canaux de refroidissement 29 pour un liquide de refroidissement. Ce support de stator 20 est relié de manière fixe au carter 4 du moteur à combustion interne. Le support de stator 20 peut également être réalisé d'un seul tenant avec le carter 4 du moteur à combustion interne. Le rotor 21 est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin 11. Ce rotor présente radialement à l'intérieur, un évidement 39 qui peut, par exemple, être prévu pour recevoir une pompe d'agent de refroidissement selon le document DE 44 04 791 C2. La surface de délimitation 41 située côté boite de vitesses, est réalisée en tant que surface de prise d'embrayage 35. Directement à la suite est disposé l'embrayage 7 qui est équipé d'un ressort diaphragme 33
et peut être actionné par un système de débrayage 31.
Lorsque l'embrayage 7 est fermé, un couple transmis à l'arbre de transmission de sortie 13, est transmis à l'arbre d'entrée de boite de vitesses 14. La ligne de transmission des forces est interrompue par cet
embrayage 7, lors du changement de rapport.
Le mode de construction de la machine électrique 5, représenté sur la figure 3, diffère du mode de construction représenté sur la figure 2, essentiellement par la disposition de l'embrayage 7, le mode de fonctionnement restant inchangé. Aussi bien le rotor 21 que le vilebrequin 11 sont reliés de manière
fixe en rotation à l'arbre de transmission de sortie 13.
Le support de stator 20 est à nouveau relié de manière fixe au carter 4 du moteur à combustion interne, le support de stator formant également simultanément le carter 6 du moteur électrique. Dans cet exemple de réalisation, le rotor 21 présente une forme de cylindre, l'extrémité dirigée vers le moteur à combustion interne 3 étant fermée par un fond de cylindre 43. Ce fond de cylindre 43 forme la surface de prise d'embrayage 35 à laquelle succède l'embrayage 7. L'embrayage 7 est ainsi disposé physiquement, axialement entre las urface de
fond de cylindre 43 du rotor 21 et le stator 19.
L'embrayage 7 est actionné à l'aide d'un système de débrayage 31, qui est disposé radialement à l'intérieur du stator 19, dans un évidement 39 de ce dernier. Côté moteur à combustion interne, l'arbre d'entrée de boite de vitesses 14 est monté en rotation dans le vilebrequin 11, ce qui restreint la mobilité radiale du vilebrequin 11. L'agencement d'entraînement 1 représenté de manière schématique sur la figure 4 se distingue essentiellement par la disposition de la machine électrique 5. Le rotor de la machine électrique est relié de manière fixe en rotation, au vilebrequin 11 du moteur à combustion interne. La machine électrique est commandée de manière à ce que des variations de couple en provenance du moteur à combustion interne, soient compensées par la machine électrique. Par l'intermédiaire d'un embrayage 7 disposé entre le moteur à combustion interne 3 et la boite de vitesses 9, le couple fourni en entrée est transmis à l'arbre d'entrée de boite de vitesses 14, l'embrayage 7 pouvant être un embrayage quelconque, par exemple un embrayage à bain d'huile, ou un embrayage à disques multiples. La disposition différente de la machine électrique 5 ne modifie par le principe du mode de fonctionnement. Les modes de fonctionnement de l'agencement d'entraînement 1, décrits précédemment, sont également possible sans
problème, dans le cas de cette disposition.

Claims (5)

REVENDICATIONS.
1. Agencement d'entraînement pour un véhicule hybride qui est équipé d'un moteur à combustion interne et d'une machine électrique, et qui peut fonctionner au moins pendant des intervalles de temps limités, au choix avec un entraînement exclusivement par le moteur à combustion interne, avec un entraînement exclusivement par la machine électrique, ou bien simultanément avec un entraînement par le moteur à combustion interne et la machine électrique, le moteur à combustion interne et la machine électrique agissant sur un arbre de transmission de sortie commun, et la transmission de couple entre le vilebrequin du moteur à combustion interne et l'arbre d'entrée de boite de vitesses pouvant être commandée par un moyen technique du type embrayage, caractérisé en ce que le rotor (21) de la machine électrique (5) est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin (11) et agit ainsi en tant que volant moteur pour le moteur à combustion interne (3), et en ce que le rotor (21), sur son côté dirigé vers la boite de vitesses (9), est réalisé de manière telle que cette surface de délimitation (41) du rotor soit une surface de prise d'embrayage (35) d'un embrayage à friction (8) disposé entre la machine électrique (5) et la boite de
vitesses (9).
2. Agencement d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (19) est relié de manière fixe en rotation au carter de moteur (6), et la chaleur produite au niveau du moteur à combustion interne (3) et du stator (19) peut être évacuée par un système de refroidissement (27) commun, le liquide de refroidissement s'écoulant tout d'abord au travers de la machine électrique (5) plus sensible à
la température.
3. Agencement d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors d'un entraînement du véhicule, exclusivement par moteur électrique, les cylindres du moteur à combustion interne (3) sont commutés en position hors de pression, de sorte que les pistons se trouvant dans des chemises et entraînés par la rotation du rotor (21) par l'intermédiaire du vilebrequin (11), sont déplacés sans
effectuer de compression.
4. Agencement d'entraînement pour un véhicule hybride qui est équipé d'un moteur à combustion interne et d'une machine électrique, et qui peut fonctionner au moins pendant des intervalles de temps limités, au choix avec un entraînement exclusivement par le moteur à combustion interne, avec un entraînement exclusivement par la machine électrique, ou bien simultanément avec un entraînement par le moteur à combustion interne et la machine électrique, le moteur à combustion interne et la machine électrique agissant sur un arbre de transmission de sortie commun, et la transmission de couple entre le vilebrequin du moteur à combustion interne et l'arbre d'entrée de boite de vitesses pouvant être commandée par un moyen technique du type embrayage, caractérisé en ce que la machine électrique (5) est disposée sur le côté du moteur à combustion interne (3) opposé à celui dirigé vers la boite de vitesses (9), la machine électrique (5) et le moteur à combustion interne (3) agissant sur un arbre de transmission de sortie (13) commun.
5. Agencement d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rotor (21) est relié de manière fixe en rotation au vilebrequin (11) et agit ainsi en tant que volant moteur du moteur à
combustion interne (3).
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