FR2833538A1 - Dispositif de transmission de puissance et groupe motopropulseur hybride associe - Google Patents

Dispositif de transmission de puissance et groupe motopropulseur hybride associe Download PDF

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Abstract

Un dispositif de transmission de puissance 1 prévu pour un moteur à combustion interne 2 pourvu d'un arbre de sortie 2a et un moteur électrique 3 pourvu d'un rotor 12 et d'un stator 10, comprend un élément de transmission de puissance rotatif 4 comprenant au moins trois entrées/ sorties, une première entrée/ sortie 9 étant liée en rotation à un arbre de sortie 5 du dispositif de transmission de puissance 1, une seconde entrée/ sortie 6 prévue pour être liée en rotation à l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2, une troisième entrée/ sortie prévue pour être liée en rotation au rotor 12 du moteur électrique 3. Le dispositif de transmission de puissance comprend en outre des moyens d'accouplement débrayables 13, 14, 15 permettant l'accouplement de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 avec la seconde entrée/ sortie et la troisième entrée/ sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif 4.

Description

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Dispositif de transmission de puissance et groupe motopropulseur hybride associé.
La présente invention concerne un dispositif de transmission de puissance permettant l'entraînement d'un arbre de sortie à partir de sources d'énergie. Le dispositif de transmission de puissance est plus particulièrement adapté pour un groupe motopropulseur hybride permettre l'entraînement d'un véhicule automobile à partir d'une motorisation hybride, du type comprenant un moteur électrique et un moteur à combustion interne.
Les véhicules automobiles sont généralement entraînés à l'aide de moteurs à combustion interne ou de moteurs électriques. Les moteurs à combustion interne sont compacts et possèdent une grande autonomie de fonctionnement. Cependant, ils présentent entre autres le désavantage de ne pouvoir délivrer qu'un couple faible à vitesse de rotation faible, ce qui impose de disposer entre sortie du moteur à combustion interne des dispositifs de démultiplication à plusieurs rapports, comme une boîte de vitesses.
Les moteurs électriques possèdent l'avantage de fournir un couple indépendant de la vitesse de rotation. Cependant, les moteurs électriques utilisés dans les véhicules automobiles possèdent une faible autonomie et doivent disposer d'une réserve d'énergie dans des accumulateurs embarqués encombrants.
Afin d'utiliser les avantages de chaque type de motorisation, on a proposé des véhicules à motorisation hybride associant à la fois un moteur électrique et un moteur à combustion interne. On connaît les dispositifs d'entraînement hybride série, dans lesquels le moteur thermique sert à la production d'énergie électrique utilisée par le moteur électrique, et les dispositifs hybrides parallèles, dans lesquels on combine l'énergie mécanique fournie en sortie des moteurs électriques et à combustion interne.
On connaît par le document FR-2 679 839, un équipement moteur hybride comportant un moteur électrique et un moteur à combustion interne utilisés en mode hybride parallèle. Le couple fourni par le moteur électrique et le couple fourni par le moteur à combustion interne sont combinés par l'intermédiaire d'une transmission à démultiplication planétaire, pour entraîner en rotation un arbre de sortie. Le moteur à combustion interne entraîne en rotation une roue solaire de la transmission à démultiplication planétaire, le rotor du moteur électrique entraînant une couronne
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extérieure, et l'arbre de sortie étant lié en rotation au porte-satellites de la transmission de démultiplication planétaire. L'énergie nécessaire au fonctionnement du moteur électrique est produite par un alternateur disposé sur un arbre de sortie du moteur à combustion interne. L'énergie électrique fournie par l'alternateur est utilisée directement par le moteur électrique, ou stockée dans des accumulateurs.
Ce dispositif d'entraînement impose l'utilisation à la fois d'un moteur électrique et d'un alternateur. De plus, la transformation de l'énergie mécanique du moteur à combustion interne en énergie électrique par l'intermédiaire de l'alternateur, stockée, puis de nouveau transformée en énergie mécanique par l'intermédiaire du moteur électrique, provoque d'importantes pertes. Par ailleurs, sur un véhicule automobile, le dispositif ne permet pas de s'affranchir de la présence d'une boîte de vitesses. L'accouplement direct entre le moteur à combustion interne et la transmission à démultiplication planétaire, dans tous les modes de fonctionnement, ne permet pas une optimisation du fonctionnement du moteur à combustion interne.
La présente invention propose un dispositif de transmission de puissance à partir d'un moteur à combustion interne et d'un moteur électrique, permettant la combinaison des couples fournis par le moteur à combustion interne et le moteur électrique selon différents modes de fonctionnement.
L'invention propose un dispositif de transmission de puissance prévu pour un moteur à combustion interne et un moteur électrique, permettant de s'affranchir de la présence d'une boîte de vitesses, ou d'enrichir les prestations fournies par une boîte de vitesses associée audit dispositif de transmission de puissance.
L'invention propose également un dispositif de transmission de puissance permettant une adaptation de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne en fonction des conditions d'utilisation.
Un dispositif de transmission de puissance, selon un aspect de l'invention, prévu pour un moteur à combustion interne pourvu d'un arbre de sortie et un moteur électrique pourvu d'un rotor et d'un stator, comprend un élément de transmission de puissance rotatif comprenant au moins une première entrée/sortie liée en rotation à un arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance, une seconde entrée/sortie et une troisième entrée/sortie. Le dispositif de transmission de puissance comprend des moyens d'accouplement débrayables, permettant l'accouplement de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne avec la seconde entrée/sortie et la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif.
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Les moyens d'accouplement débrayables disposés entre le moteur à combustion interne et, d'une part, la seconde entrée/sortie et, d'autre part, la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif permettent d'accoupler l'arbre de sortie du moteur à combustion interne soit avec la seconde entrée/sortie, soit avec la troisième entrée/sortie, soit simultanément avec les seconde et troisième entrées/sorties. On peut alors obtenir différents rapports de démultiplication entre l'arbre de sortie du moteur à combustion interne et l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance. L'élément de transmission de puissance rotatif est adapté pour permettre la combinaison de l'énergie mécanique fournie par le moteur à combustion interne et le moteur électrique selon différents modes de fonctionnement.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de transmission de puissance comprend un moyen d'accouplement débrayable disposé entre le rotor du moteur électrique et la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif.
Le rotor du moteur électrique peut être solidaire en rotation de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne, qui peut ainsi être relié à la troisième entrée/sortie. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de transmission de puissance comprend des moyens d'accouplement débrayables disposés entre l'arbre de sortie du moteur à combustion interne et le rotor du moteur électrique. L'arbre de sortie du moteur à combustion interne peut être relié à la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif par l'intermédiaire du rotor du moteur électrique, et des moyens d'accouplement débrayables disposés d'une part entre le moteur à combustion interne et le moteur électrique, et d'autre part entre le moteur électrique et la troisième entrées/sortie.
La liaison de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne avec la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif peut s'effectuer par l'intermédiaire du rotor du moteur électrique. Un tel mode de fonctionnement permet d'exercer un couple résistant ou moteur à l'aide du moteur électrique, qui s'additionne au couple fourni en sortie du moteur à combustion interne. On peut ainsi fournir à l'aide du moteur électrique une puissance supplémentaire, ou récupérer de l'énergie sous forme mécanique pour la transformer en énergie électrique utilisée par les composants électriques d'un véhicule automobile ou stockée pour une utilisation ultérieure dans des accumulateurs.
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L'accouplement de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne avec le rotor du moteur électrique permet, dans des phases intermédiaires entre différents modes de fonctionnement, d'adapter la vitesse de rotation du moteur à combustion interne.
La liaison du moteur électrique avec la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif et la liaison de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne avec la seconde entrée/sortie, permet de combiner les couples fournis par le moteur à combustion interne et le moteur électrique et d'adapter la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance. Ce mode de fonctionnement permet également d'adapter la vitesse de rotation du moteur à combustion interne pour optimiser le fonctionnement de ce dernier.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de transmission de puissance comprend des moyens de freinage et de blocage des seconde et/ou troisième entrées/sorties de l'élément de transmission de puissance rotatif. Le blocage ou le freinage de la seconde et/ou de la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif permet d'enrichir les modes de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance.
Le blocage des seconde et troisièmes entrée/sortie intervient de préférence lorsque lesdites entrées sorties ne sont pas couplées aux moteur électriques et à combustion interne. Le blocage permet par exemple d'obtenir différents rapports de démultiplication entre l'arbre de sortie du moteur à combustion interne et l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance, selon l'entrée/sortie qui est bloquée en rotation, et selon l'entrée/sortie qui est liée en rotation avec l'arbre de sortie du moteur à combustion interne ou le rotor du moteur électrique.
Avantageusement, les moyens d'accouplement débrayables sont du type embrayage. Ce type d'accouplement débrayable permet d'obtenir un accouplement progressif entre deux arbres qui n'ont pas initialement la même vitesse de rotation.
Les moyens d'accouplement débrayables peuvent être également du type à crabots, avec ou sans dispositif de synchronisation. La présence de moyens de freinage des seconde et troisième entrées/sorties de l'élément de transmission de puissance rotatif et la présence du moteur électrique pouvant être lié en rotation à la seconde et/ou la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission rotatif, permettent d'adapter les vitesses de rotation des arbres pouvant être liés en rotation par les moyens d'accouplement débrayables.
<Desc/Clms Page number 5>
Dans un mode de réalisation, l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance est lié en rotation à l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses.
Avantageusement, l'élément de transmission de puissance rotatif est une transmission à démultiplication planétaire comprenant une couronne extérieure, une roue solaire, au moins un satellite et un porte-satellites.
De préférence, le dispositif de transmission de puissance comprend des moyens de commande et de synchronisation des moyens d'accouplement débrayables et des moyens de freinage et/ou de blocage, pour adapter la transmission et la répartition de puissance entre le moteur à combustion interne, le moteur électrique et l'arbre de sortie, selon des modes de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance, à partir des conditions d'utilisation du dispositif de transmission de puissance, ou à partir d'instructions transmises par un opérateur.
L'invention concerne également un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne et un moteur électrique, et un dispositif de transmission de puissance selon un aspect de l'invention.
L'invention concerne encore un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne et un moteur électrique, et un dispositif de transmission de puissance selon un aspect de l'invention.
La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemple non-limitatif et illustrée par les dessins annexés, sur lesquels :
Figure img00050001

- la figure 1 est une vue schématique fonctionnelle d'un dispositif de transmission selon un aspect de l'invention ; - les figures 2 à 8 illustrent des modes de fonctionnement du dispositif selon ZD la figure 1 ; et - la figure 9 est une vue schématique d'un dispositif de transmission selon la figure 1.
Sur la figure 1, un dispositif de transmission de puissance comprend un moteur à combustion interne 2, un moteur électrique 3, un élément de transmission de puissance rotatif 4 et un arbre de sortie 5. L'élément de transmission de puissance rotatif 4 permet de combiner les couples fournis en sortie des moteurs à combustion interne 2 et électriques 3 pour entraîner en rotation l'arbre de sortie 5, selon différents modes de fonctionnement et en obtenant différents rapports de démultiplication.
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L'élément de transmission de puissance rotatif 4 est dans ce mode de réalisation un train épicycloïdal comprenant une couronne extérieure 6, une roue solaire centrale 7, des satellites 8, dont deux sont visibles sur la figure, et un portesatellites 9 lié en rotation aux satellites 8, et à l'arbre de sortie 5.
Le moteur électrique 3 comprend un stator 10 fixe par rapport au véhicule 11 et entourant un rotor 12. Le rotor 12 du moteur électrique 3 peut, d'une part, être lié en rotation à un arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 par l'intermédiaire d'un moyen d'accouplement débrayablel3, et, d'autre part, lié en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire d'un moyen d'accouplement débrayable 14. L'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 peut également être lié en rotation avec la couronne extérieure 6 du train épicycloïdal 4 par l'intermédiaire d'un moyen d'accouplement débrayable 15.
L'arbre de sortie 5 est lié en rotation au porte-satellites 9. La liaison entre l'arbre de sortie 5 et le porte-satellites 9 peut être directe, comme sur la figure 1, ou se faire par l'intermédiaire d'engrenages, tels que des engrenages à renvoi d'angle.
Un moyen de freinage et de blocage 16, comprenant une partie 16a liée en rotation à la couronne extérieure 6 et une partie 16b liée au véhicule 11, permet de freiner ou de bloquer la rotation de la couronne extérieure 6 par rapport au véhicule 11. De même, un moyen de freinage 17, comprenant une partie mobile 17a liée en rotation à la roue solaire et une partie fixe 17b liée au véhicule 11, permet de freiner ou de bloquer en rotation la roue solaire 7 par rapport au véhicule 11.
Les figures 2 à 8 illustrent différents types d'accouplements permettant la mise en oeuvre de différents modes de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance 1. Pour chaque type d'accouplement, les éléments liés entre eux par les moyens d'accouplement ou les moyens de freinage sont représentés par des traits plus épais.
La figure 2 illustre un premier mode de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance 1, dans lequel seul le moteur électrique 3 est utilisé. Le rotor 12 du moteur électrique 3 est lié en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 14. La couronne extérieure 6 est liée en rotation au véhicule 11 par l'intermédiaire du frein 16.
Selon une première utilisation, le moteur électrique 3 fournit un couple moteur d'entraînement de la roue solaire 7, la couronne extérieure 6 étant bloquée en rotation. Le porte-satellites 9 est alors entraîné en rotation. Le rapport de
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démultiplication entre la vitesse de rotation du rotor 12 et la vitesse de rotation du planétaire 9 est supérieur à 1. On obtient un rapport de démultiplication dit court .
Ce mode de fonctionnement est adapté pour transmettre à l'aide du moteur électrique 3 un couple à l'arbre de sortie 5 pour éviter que le véhicule ne recule lorsqu'il est arrêté en pente, pour permettre un démarrage, ou un démarrage en pente du véhicule. Par un choix judicieux du rapport de démultiplication du train épicycloïdal 4, on peut obtenir un rapport de démultiplication équivalent au premier
Figure img00070001

rapport d'une première d'une boîte de vitesses mécanique, favorisant le démarrage du ZD véhicule.
Ce mode de fonctionnement permet également, en inversant le sens de rotation du rotor 12, d'entraîner le véhicule en marche arrière. Le dispositif de transmission de puissance permet de supprimer la marche arrière d'une de la boîte de vitesse associée.
On peut également prévoir que le moyen d'accouplement 13 est utilisé pour accoupler progressivement l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et le rotor 12, afin de provoquer le démarrage du moteur à combustion interne 2, à l'aide du moteur électrique 3 qui permet de supprimer le démarreur séparé habituel.
Sur la figure 3a, on a représenté un autre mode de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance, dans lequel l'arbre de sortie 2a et le rotor 12 du moteur électrique 3 sont liés en rotation par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 13.
Ce mode de fonctionnement peut être utilisé pour provoquer le démarrage du moteur à combustion interne 2 à l'aide du moteur électrique 3. Dans ce cas, le moteur électrique 3 est utilisé comme un démarreur. Le dispositif de transmission de puissance 1 permet donc de s'affranchir de l'utilisation d'un démarreur, et donc de limiter le nombre de composants utiles au fonctionnement d'un groupe motopropulseur disposé sur un véhicule automobile.
Figure img00070002
On peut également utiliser ce mode de fonctionnement pour recharger des c ZD accumulateurs embarqués sur le véhicule et non représentés sur la figure. Dans ce cas, le moteur à combustion interne 2 fournit un couple moteur. Le moteur électrique 3 est commandé pour fonctionner comme un générateur exerçant un couple résistant sur le rotor 12 et transformant l'énergie mécanique du rotor 12 en énergie électrique stockée dans lesdits accumulateurs. Avantageusement, on peut prévoir qu'on utilise le moteur à combustion interne 2 dans une plage de régime de rotation où le moteur à
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combustion interne 2 présente un rendement optimal. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté lorsque le véhicule se trouve temporairement à l'arrêt, moteur à combustion interne 2 tournant.
Dans le cas où le moteur électrique 3 est utilisé pour provoquer le démarrage du moteur à combustion interne 2, on peut prévoir que le moyen d'accouplement 13 permet un accouplement progressif du rotor 12 et de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2.
La figure 3b illustre un autre mode de fonctionnement permettant un démarrage du moteur à combustion interne 2 à l'aide du moteur électrique 3. Dans ce mode de fonctionnement, l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 est lié en rotation à la couronne extérieure 6 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 15, le rotor 12 étant lié en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire de l'embrayage 14, et le porte-satellites 9 est immobilisé en rotation.
Ce mode de fonctionnement permet un entraînement en rotation de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 à l'aide du moteur électrique 3, par l'intermédiaire du train épicycloïdal 4. Ainsi, le moteur électrique 3 peut provoquer le démarrage du moteur à combustion interne 2 par l'application d'un couple plus faible que dans le mode de fonctionnement illustré par la figure 3a, grâce au rapport de démultiplication du train épicycloïdal 4. Pour la mise en oeuvre de ce mode de fonctionnement, on pourra prévoir des moyens de blocage en rotation du portesatellites 9, non représentés sur la figure 3b.
La figure 4 illustre un type d'accouplement dans lequel l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 est lié en rotation au rotor du moteur électrique 3 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 13, le rotor 12 étant lui-même lié en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 14, et la couronne extérieure 6 étant liée en rotation au véhicule 11 par l'intermédiaire du frein 16. De préférence, on utilise ici le frein 16 en position bloquée, de sorte que la couronne extérieure 6 est immobile.
Une première utilisation correspond au cas où le moteur à combustion interne 2 fournit un couple moteur. Ce couple moteur est transmis par l'intermédiaire du rotor 12, de la roue solaire 7 et du train épicycloïdal 4 au porte-satellites 9.
Le frein 16 étant en position bloquée, et selon le rapport de démultiplication de train épicycloïdal 4, on obtient un rapport de démultiplication entre l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et le porte-satellites 9 correspondant au
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second rapport d'une boîte de vitesses mécanique classique. Ce mode de fonctionnement est donc adapté lors de longues montées dans des pentes ou lors de relances à partir de vitesse faible du véhicule.
Dans un premier cas, le moteur électrique 3 peut être commandé en mode générateur pour exercer un couple résistant de freinage en transformant une partie de l'énergie mécanique de rotation du rotor 12 entraîné par le moteur à combustion interne 2 en énergie électrique utilisée par des éléments consommateurs d'énergie électrique du véhicule ou stockée dans des accumulateurs. Ce mode de fonctionnement permet, en soustrayant au couple fourni par le moteur à combustion interne 2 un couple résistant fourni par le moteur électrique 3 pouvant être piloté, d'adapter le couple obtenu en sortie sur l'arbre de sortie 5.
Dans un deuxième cas, le moteur électrique 3 peut être commandé pour fournir un couple moteur qui vient s'additionner au couple moteur fourni par le moteur à combustion interne 2. On obtient ainsi un gain de puissance permettant des accélérations ou des relances à partir de faibles vitesses, par exemple sur parcours sinueux ou en pente.
Dans un troisième cas, le moteur électrique 3 peut exercer un couple nul, en fonctionnant à vide.
Dans tous les cas, le couple fourni par le moteur électrique 3 est commandé de manière à minimiser la consommation de carburant et à satisfaire la demande du conducteur, tout en maintenant les accumulateurs du véhicule automobile dans un état satisfaisant.
Bien entendu, à partir de ce mode de fonctionnement, on peut débrayer le moyen d'accouplement 13 afin de désolidariser en rotation l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et le rotor 12, par exemple lorsque le véhicule s'arrête.
A partir de ce moment, et comme dans le mode de fonctionnement illustré par la figure 2, le moteur électrique peut servir à fournir un couple de blocage du véhicule à l'arrêt dans une pente ou de démarrage du véhicule.
La figure 5 illustre un mode de fonctionnement dans lequel l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 est lié en rotation à la couronne extérieure 6 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 15, le rotor 12 étant lié en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire de l'embrayage 14.
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Ce mode de fonctionnement est dit mode de fonctionnement différentiel .
En effet, la vitesse de rotation du porte-satellites 9 est une fonction linéaire des vitesses de rotation du moteur à combustion interne 2 et du rotor 12 du moteur 3.
Le moteur à combustion interne 2 tourne dans un sens de rotation pris comme sens positif par convention. On commande la vitesse de rotation du rotor 12 du moteur électrique 3, dans le sens positif ou négatif, pour obtenir la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 5 désirée. Le moteur électrique 3 peut exercer un couple moteur ou un couple résistant, en mode générateur. Ce mode de fonctionnement permet donc également la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique utilisée ou stockée en vue d'un usage ultérieur.
Le régime du moteur à combustion interne 2 n'est pas directement dépendant de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 5, car ils ne sont pas directement liés en rotation. On peut donc avantageusement utiliser ce mode de fonctionnement comme mode intermédiaire entre deux modes de fonctionnement différents, pour adapter la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 2.
On peut également obtenir entre l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et l'arbre de sortie 5 des rapports de démultiplication différents, variant continûment, selon la vitesse de rotation du rotor 12 et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 2.
La figure 6 illustre un mode de fonctionnement dans lequel l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne est lié en rotation à la couronne extérieure 6 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 15, la roue solaire 7 étant liée en rotation par l'intermédiaire du moyen de freinage 17.
L'arbre de sortie 5 est entraîné en rotation uniquement à l'aide du moteur à combustion interne 2. On peut choisir le rapport de démultiplication du train épicycloïdal 4 de façon à obtenir un rapport équivalent au troisième rapport d'une boîte de vitesse mécanique.
La figure 7 illustre un mode de fonctionnement identique au précédent, à ceci près que, le rotor 12 et l'arbre de sortie 2a sont liés en rotation par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 13. Le moteur électrique 3 peut être commandé en mode générateur pour récupérer de l'énergie électrique, ou peut être commandé pour fournir un couple moteur s'additionnant au couple fourni par le moteur à combustion interne 2, par exemple dans une situation où un surcroît de puissance est nécessaire.
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La figure 8 illustre un mode de fonctionnement dans lequel l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 est lié en rotation au rotor 12 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 13, le rotor étant par ailleurs mis en rotation à la roue solaire 7 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 14, et l'arbre de sortie 2a étant encore relié en rotation à la couronne extérieure 6 par l'intermédiaire du moyen d'accouplement 15. Dans ce mode de fonctionnement, les vitesses de rotation de l'arbre de sortie 2a, du rotor 12 et du porte-satellites 9 sont identiques. Le rapport de démultiplication entre l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et l'arbre de sortie 5 est égal à un. On obtient un rapport de démultiplication équivalent au cinquième rapport d'une boîte de vitesses mécanique classique.
Dans un premier cas, le moteur électrique 3 peut être commandé en mode générateur. Dans un second cas, le moteur électrique peut être commandé pour fournir un couple moteur venant s'additionner au couple moteur fourni par le moteur à combustion interne 2. Dans un troisième cas, le moteur électrique peut tourner à vide.
Lorsqu'il fournit un couple moteur, le moteur électrique 3 permet de compenser l'absence d'un quatrième rapport. Par ailleurs, le mode de fonctionnement différentiel, permettant d'adapter le rapport de démultiplication entre le moteur à combustion interne 2 et l'arbre de sortie 5, permet de compenser l'absence de ce quatrième rapport.
Dans les modes de fonctionnement illustrés par les figures 2 à 8, les moyens d'accouplement 13,14, 15 peuvent être des systèmes d'accouplement débrayables à crabots. L'utilisation du train épicycloïdal 4 et du moteur électrique 3 permet d'adapter les vitesses de rotation des différents arbres pour faciliter l'accouplement des différents éléments entre eux, à l'aide de moyens d'accouplement à crabots, possédant éventuellement des systèmes de synchronisation.
En particulier, le mode de fonctionnement différentiel, utilisé comme mode de fonctionnement intermédiaire, permet d'effectuer sans à-coup des changements de mode de fonctionnement. En revanche, le passage d'un mode de fonctionnement correspondant au second rapport d'une boîte de vitesses mécanique classique à un autre mode de fonctionnement, ne peut se faire sans à-coup. En effet, dans ce mode de fonctionnement, la couronne extérieure 6 est bloquée en rotation. Le passage à un autre mode de fonctionnement impose d'appliquer directement un couple non nul sur la couronne extérieure 6.
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On peut citer à titre d'exemple le passage d'un mode de fonctionnement dans lequel seul le moteur électrique est utilisé pour l'entraînement du véhicule, à un mode de fonctionnement hybride dans lequel le moteur à combustion interne 2 et le moteur électrique 3 sont utilisés pour l'entraînement du véhicule. Cependant, il est souhaitable pour ce changement de mode de fonctionnement que le conducteur le motive par une consigne à l'aide d'un commutateur, ou d'une action sur la pédale d'accélérateur. La perte de couple pendant un temps limité est donc moins gênante.
Un autre exemple est le passage d'un mode de fonctionnement utilisant le moteur à combustion interne 2 pour l'entraînement du véhicule, avec un rapport de démultiplication correspondant à une seconde, vers un rapport correspondant à une troisième.
Cependant, l'utilisation comme moyen d'accouplement débrayable 15 d'un embrayage piloté permet par patinage d'appliquer un couple moteur progressif à la couronne 6, tout en desserrant le frein 16. Ce mode transition impose cependant que le moteur à combustion interne 2 soit tournant.
Pour le passage d'un mode de fonctionnement tout électrique à un mode de fonctionnement thermique, le problème réside dans la mise en route du moteur à combustion interne qui peut provoquer un à-coup. On peut soit disposer comme moyen d'accouplement débrayable 13 un embrayage piloté permettant par patinage le démarrage du moteur à combustion interne 2, ou équiper le moteur à combustion interne 2 d'un démarreur supplémentaire.
Dans une variante, on peut supprimer le moyen d'accouplement 15 et solidariser en rotation l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2 et la couronne extérieure 6. Un tel dispositif de transmission de puissance est plus adapté dans le cadre d'une utilisation urbaine ou péri urbaine du véhicule.
La plupart des modes de fonctionnement permettent une utilisation dite en freinage récupératif , dans laquelle l'arbre de sortie 5 fournit un couple moteur d'entraînement en rotation du porte-satellites 9. Ce mode d'utilisation correspond à une situation de freinage en vue d'un arrêt du véhicule, ou lorsque le véhicule descend une pente. Le couple de freinage est exercé, selon le mode de fonctionnement et le type d'accouplement associé, soit par le moteur à combustion interne 2, soit par le moteur électrique, ou simultanément par les deux. Lorsque l'on utilise le moteur électrique, on commande ce dernier en mode générateur pour fournir
Figure img00120001

un couple résistant de freinage permettant le freinage du véhicule, tout en récupérant c c
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de l'énergie électrique, stockée ou utilisée par des éléments consommateurs d'énergie électrique. On peut commander le moteur électrique pour obtenir le couple résistant souhaité. On obtient ainsi un frein électrique.
La figure 9 illustre à titre d'exemple une architecture possible permettant la réalisation du dispositif de transmission de puissance dont le schéma fonctionnel était illustré par la figure 1.
Comme illustré par la figure 9 sur laquelle on a repris les références semblables à la figure 1, on peut prévoir que le moteur à combustion interne 2 est disposé axialement d'un côté du train épicycloïdal 4, le moteur électrique 2 étant disposé du côté opposé, et l'arbre de sortie 5 orienté dans une troisième direction et lié en rotation au porte-satellites 9 part l'intermédiaire d'un engrenage à renvoi d'angle.
La roue solaire 7 et le porte satellite 9 sont montés coaxialement au rotor 12.
La couronne extérieure 6 est montée à rotation coaxialement à l'arbre de sortie 2a, et comprend une portion radiale 6a et une portion axiale 6b s'étendant à partir de la zone de plus grand diamètre de la portion radiale. L'extrémité libre de la portion axiale 6b vient en regard des satellites 8 et porte des dents d'engrènement avec les satellites 8.
Les moyens d'accouplement 13,14, et 15 sont disposés axialement entre la roue solaire 7 et la portion radiale 6a de la couronne extérieure 6, et radialement dans un espace défini par la portion axiale 6b de la couronne extérieure 6 autour de l'axe défini par l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne 2. L'arbre de sortie 2a comprend une extrémité 18 en saillie dans ledit espace, en regard d'une extrémité 19 du rotor 12 également en saillie dans ledit espace. L'extrémité 18 porte des organes d'accouplement 15a coopérant avec des organes d'accouplement 15b portés par la portion radiale 6a pour former le moyen d'accouplement 15, et des organes d'accouplement 13a orientés du côté opposé et coopérant avec des organes d'accouplement 13b portés par l'extrémité 19 du rotor 12 pour former le moyen d'accouplement 13. L'extrémité 19 porte par ailleurs des organes d'accouplement 14a coopérant avec des organes d'accouplement 14b situés en regard sur la roue solaire 7.
Par ailleurs, le moteur électrique 3 est relié à des accumulateurs 20 par l'intermédiaire de conducteurs 21,22.
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Le véhicule comprend un moyen de commande 23 des moyens d'accouplement 13,14, 15, du moteur à combustion interne 2, et du moteur électrique 3. Le moyen de commande 23 comprend des moyens mémoire 24 dans lesquels sont stockés un ou plusieurs programmes d'ordinateur aptes à être exécutés par un microprocesseur 25. Le moyen de commande 23 peut également comprendre une interface de mesure 26, coopérant avec des moyens de mesure non représentés sur la figure 9 pour conserver la clarté du dessin. L'interface de mesure permet de tenir compte des paramètres de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance pour en adapter le fonctionnement. A titre d'exemple non-limitatif, on peut prévoir des capteurs de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne, du rotor 12 et de l'arbre de sortie 5.
Le dispositif de transmission de puissance selon l'invention permet la mise en oeuvre d'un dispositif d'entraînement hybride pour véhicule automobile, en offrant la possibilité d'obtenir différents rapports de démultiplication entre l'arbre de sortie du moteur à combustion interne, le rotor du moteur électrique, et l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance. On peut ainsi se dispenser de l'utilisation d'une boîte de vitesses.
Par ailleurs, dans le cas où une boîte de vitesses est reliée à l'arbre de sortie du dispositif de transmission, on peut enrichir les prestations fournies par la boîte de vitesses. On peut également utiliser une boîte de vitesses de conception plus simple, plus légère et plus compacte, tout en conservant les prestations fournies par un dispositif d'entraînement à moteur à combustion interne et boîte de vitesse.
Le dispositif de transmission de puissance selon l'invention permet l'utilisation des moteurs à combustion interne et électriques selon différents modes d'utilisation. Le moteur électrique peut permettre l'entraînement du véhicule, un gain de puissance lorsque cela est nécessaire, ou la récupération d'énergie sous forme électrique. Le dispositif d'entraînement permet d'utiliser des moteurs à combustion interne et électriques plus compacts et plus légers, tout en conservant les performances de l'ensemble, grâce notamment à la combinaison des puissances fournies par les deux moteurs dans certains modes de fonctionnement.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de transmission de puissance pour un moteur à combustion interne (2) pourvu d'un arbre de sortie (2a) et un moteur électrique (3) pourvu d'un rotor (12) et d'un stator (10), comprenant un élément de transmission de puissance rotatif (4) comprenant au moins une première entrée/sortie (9) liée en rotation à un arbre de sortie (5) du dispositif de transmission de puissance (1), une seconde entrée/sortie (6) et une troisième entrée/sortie, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement débrayables (13,14, 15) permettant l'accouplement de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne (2) avec la seconde entrée/sortie (6) et la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif (4).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement débrayables (14) disposés entre le rotor (12) du moteur électrique (3) et la troisième entrée/sortie de l'élément de transmission de puissance rotatif (4).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le rotor (12) du moteur électrique (3) est solidaire en rotation de l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne (2).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement débrayables (13) disposés entre l'arbre de sortie 2a du moteur à combustion interne (2) et le rotor (12) du moteur électrique (3).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de freinage et de blocage (16,17) des seconde et/ou troisième entrées/sorties de l'élément de transmission de puissance rotatif (4).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement débrayables du type embrayage.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement débrayables du type à crabots, avec ou sans dispositif de synchronisation.
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8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'arbre de sortie (5) du dispositif de transmission de puissance est lié en rotation à l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de transmission de puissance rotatif (4) est une transmission à démultiplication planétaire comprenant une couronne extérieure (6), une roue solaire (7), au moins un satellite (8) et un porte-satellites (9).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande et de synchronisation (23) des moyens d'accouplement débrayables (13,14, 15), des moyens de freinage et de blocage (16,17), du moteur à combustion interne (2) et du moteur électrique (3), pour adapter la transmission et la répartition de puissance entre le moteur à combustion interne (2), le moteur électrique (3) et l'arbre de sortie (5), selon des modes de fonctionnement du dispositif de transmission de puissance, à partir des conditions d'utilisation du dispositif de transmission de puissance, ou à partir d'instructions transmises par un opérateur.
11. Groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne (2) et un moteur électrique (3), et un dispositif de transmission de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes.
12. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (2), un moteur électrique (3), et un dispositif de transmission de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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