FR2977197A1

FR2977197A1 - Groupe motopropulseur hybride a moteur thermique, machine electrique et systeme d'accouplement par roue libre pour vehicule automobile

Info

Publication number: FR2977197A1
Application number: FR1155828A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Rolland
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-04

Abstract

Groupe motopropulseur hybride à moteur thermique (11) et machine électrique (12) pour véhicule automobile, comprenant un système d'accouplement (10) entre un arbre moteur (11A) en sortie du moteur et un arbre d'entrée (16) de la boîte de vitesses (14) du groupe motopropulseur. Dans le système d'accouplement (10), une roue libre (30) est interposée entre l'arbre moteur (11A) et l'arbre d'entrée (16). La roue libre peut occuper un état libre de découplage des deux arbres si la vitesse de rotation de l'arbre moteur (11A) est inférieure à celle de l'arbre d'entrée (16) de boîte ou un état bloqué de couplage des deux arbres si la vitesse de rotation de l'arbre moteur (11A) est au moins égale à celle de l'arbre d'entrée (16) de boîte. Le groupe motopropulseur comprend un étage de démultiplication (24) entre l'arbre d'entrée (16) de boîte et un arbre de sortie (20) de la machine électrique.

Description

"GROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE A MOTEUR THERMIQUE, MACHINE ELECTRIQUE ET SYSTEME D'ACCOUPLEMENT PAR ROUE LIBRE POUR VEHICULE AUTOMOBILE" La présente invention est relative à un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique, machine électrique et système d'accouplement par roue libre pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique et machine électrique, comprenant un système d'accouplement entre un arbre moteur en sortie du moteur thermique et un arbre d'entrée de la boîte de vitesses du groupe motopropulseur et une roue libre qui est interposée, dans le système d'accouplement, entre l'arbre moteur et l'arbre d'entrée de boîte. Cette roue libre peut occuper un état libre auquel les deux arbres sont découplés l'un de l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur est inférieure à celle de l'arbre d'entrée de boîte ou un état bloqué auquel les deux arbres sont accouplés l'un à l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur est au moins égale à celle de l'arbre d'entrée de boîte. Un exemple de système d'accouplement, entre un arbre moteur en sortie du moteur thermique et un arbre aval en entrée de boîte de vitesses, est connu du document FR2851518. Ce système n'offre pas une grande flexibilité d'aménagement du groupe moto propulseur pour gérer son encombrement et l'implantation d'organes tels qu'un démarreur du moteur thermique ou un compresseur de climatisation. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique et machine électrique pour véhicule automobile, comprenant un système d'accouplement entre un arbre moteur en sortie du moteur thermique et un arbre d'entrée de la boîte de vitesses du groupe motopropulseur et une roue libre, qui est interposée, dans le système d'accouplement, entre l'arbre moteur et l'arbre d'entrée de boîte. La roue libre peut occuper un état libre auquel les deux arbres sont découplés l'un de l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur est inférieure à celle de l'arbre d'entrée de boîte ou un état bloqué auquel les deux arbres sont accouplés l'un à l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur est au moins égale à celle de l'arbre d'entrée de boîte. Le groupe motopropulseur hybride comprend un étage de démultiplication entre l'arbre d'entrée de boîte et un arbre de sortie de la machine électrique. Dans divers modes de réalisation du groupe motopropulseur hybride selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : l'étage de démultiplication comprend un arbre de déport d'entraînement entre l'arbre d'entrée de boîte relié à la roue libre et la machine électrique ; l'arbre d'entrée de boîte et la machine électrique sont de part et d'autre du moteur thermique en étant reliées par l'arbre de déport d'entraînement ; la roue libre comporte une bague de sortie qui est liée à rotation avec l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un organe tournant de transmission de couple solidaire d'une pièce tournante de démultiplication de l'étage de démultiplication ; la roue libre comporte une bague d'entrée qui est liée à rotation avec l'arbre moteur ; la bague d'entrée est liée à rotation avec l'arbre moteur et avec un démarreur du moteur thermique ; l'étage de démultiplication est à pignons mutuellement engrenés et/ou à poulie et courroie et/ou pignons et chaîne ; l'étage de démultiplication entraîne un accessoire d'équipement du véhicule, par exemple un compresseur de climatisation constituant cet accessoire ; au moins un dispositif d'amortissement des chocs de variation de couple est interposé entre le moteur thermique et la boîte de vitesses. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un compartiment moteur logeant un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique et machine électrique. Le groupe motopropulseur est conforme à l'invention et son étage de démultiplication, situé entre l'arbre d'entrée de boîte et l'arbre de sortie de la machine électrique, permet de séparer la roue libre et la machine électrique l'une par rapport à l'autre et de dégager de l'espace dans le compartiment moteur, autour de la boîte de vitesse et/ou de la roue libre. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale représentant un groupe motopropulseur 25 hybride selon l'invention ; la figure 2 est une vue conforme à la figure 1, représentant une variante de réalisation du groupe motopropulseur hybride selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références 30 désignent des éléments identiques ou similaires. Le système d'accouplement 10 et le groupe motopropulseur hybride selon l'invention sont décrits dans leur application à un véhicule, par exemple automobile. 35 Le groupe motopropulseur hybride comprend un moteur thermique 11 faisant tourner par son vilebrequin un arbre moteur 11A d'axe A, une machine électrique tournante 12, et une boîte de vitesses 14 dont seul l'arbre d'entrée 16 d'axe A et le carter 18 sont schématisés. La boîte de vitesses 14 est typiquement de type manuelle à commande pilotée dont l'arbre d'entrée 16 est aussi appelé arbre primaire. De manière générale, la boîte de vitesses est de tout type à arbre primaire d'entrée, les changements de rapport étant effectués en utilisant un automatisme de commande interne ou externe à la boîte. Dans la description qui va suivre, la direction désignée comme longitudinale correspond à l'axe A du vilebrequin et de l'arbre primaire 16 de la boîte de vitesses. La machine électrique 12 est de type connu et comprend essentiellement un stator annulaire fixe, un rotor annulaire et un arbre de sortie 20 suivant un axe parallèle à l'axe A. Tout comme le moteur thermique 11, la machine électrique 12 est de puissance suffisante pour pouvoir mettre en mouvement le véhicule. Sa puissance est par exemple supérieure ou égale à dix kilowatts.

Un pignon menant 22 équipe l'arbre de sortie 20 de la machine électrique 12. Le pignon menant 22 fait partie d'un engrenage constituant un étage de démultiplication 24 entre la machine électrique 12 et la boîte de vitesses 14. Cet engrenage comporte un pignon mené 26 qui est relié à rotation avec l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14 et la machine électrique 12. En variante non représentée, l'étage de démultiplication est assuré par des courroies et poulies. En autre variante non représentée, l'étage de démultiplication est assuré par des roues dentées et une chaîne. En effet, toute pièce tournante de démultiplication de type pignon, poulie ou chaîne peut équiper l'étage de démultiplication. Le système d'accouplement 10 est interposé entre d'une part l'arbre moteur 11A du moteur thermique 11 et d'autre part l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14 et la machine électrique 12.

Le système d'accouplement 10 comporte une roue libre 30 de type connu comme par exemple dans le document FR2851518. C'est pourquoi aux figures, la roue libre 30 est représentee schématiquement. Le système d'accouplement 10 comporte aussi un dispositif d'amortissement des chocs de variation de couple 31, de type accouplement élastique. Ce dispositif 31 est de type connu par exemple dans le document FR2851518. De ce fait, il est représenté schématiquement aux figures.

La roue libre 30 comporte d'une part une bague d'entrée 32 qui est liée à rotation avec l'arbre moteur 11A du moteur thermique 11 et d'autre part une bague de sortie 34 qui est liée à rotation avec l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14. La roue libre 30 constitue ici un système de débrayage qui est débrayé dès que la vitesse du moteur thermique 11 est inférieure à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14. En outre, dans le mode de réalisation représenté schématiquement à titre d'exemple à la figure 1, la bague d'entrée 32 est une bague externe et la bague de sortie 34 est une bague interne. Un montage inverse à bague externe en sortie et bague interne en entrée est envisageable à titre d'équivalent. Avantageusement, entre le moteur thermique 11 et la boîte de vitesses 14, seule la roue libre 30 assure d'une part le rôle de découplage quand des changements de rapport doivent être effectués et d'autre part le rôle de couplage pour que le moteur thermique entraîne les roues 42 du véhicule via ladite boîte 14 et un différentiel 44.

Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, cette liaison à rotation entre la bague de sortie 34 et l'arbre d'entrée 16 de boîte s'effectue par l'intermédiaire d'un organe tournant de transmission de couple qui est sous forme d'un arbre ayant un diamètre sensiblement constant. Cet arbre est appelé arbre aval 40 car il est en aval de la roue libre 30. A la figure 1, pour plus de lisibilité du dessin, cet arbre aval 40 est représenté en ayant un diamètre plus important que l'arbre d'entrée 16. En outre, le pignon mené 26 appartenant à étage de démultiplication 24 est à engrènement avec un pignon d'entraînement 48 d'un compresseur 52 de système climatisation. Tout autre entraînement du compresseur, par exemple par courroie ou chaîne est envisageable à titre d'équivalent. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la bague d'entrée 32 de la roue libre 30 formant la bague externe est montée à l'intérieur d'une coupelle 54 tournant avec l'arbre de sortie 11A du moteur 11 et ayant globalement la forme d'une douille.

Cette douille 54 de logement de la roue libre 30 supporte à sa face extérieure une couronne extérieurement dentée 56 qui est en engrènement avec une roue dentée 58 de démarreur 62 permettant d'initier la rotation du moteur thermique 11 lors de son démarrage. Tout autre mode de transmission de mouvement entre le démarreur et le moteur, par exemple par courroie ou chaîne est envisageable à titre d'équivalent. Avantageusement, la roue libre 30 de remplacement de l'embrayage entre le moteur thermique 11 et la boîte de vitesses 14 permet l'hybridation du moteur sans encombrement majeur supplémentaire. En effet, l'étage de démultiplication 24 permet de déporter ou séparer d'une certaine distance, l'un par rapport à l'autre, l'axe de la roue libre 30 associée à l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses et l'arbre de sortie 20 de machine électrique 12, suivant la dimension de ses pièces tournantes se démultiplication, ici constituées par les pignons. L'étage de démultiplication 24 permet ainsi une plus grande liberté dans l'emplacement de la machine électrique 12 du côté de la boîte de vitesses 14. L'architecture classique du moteur thermique 11 peut ainsi être conservée, en particulier tout ce qui concerne la distribution, du côté du moteur à l'opposé de la boîte de vitesses. De l'espace peut être dégagé dans le compartiment moteur logeant le groupe motopropulseur, à proximité de la boîte de vitesse 14 et/ou de la roue libre 30. Le fonctionnement du système d'accouplement 10 et le groupe motopropulseur hybride selon l'invention ressort déjà en partie de la description qui précède et va maintenant être détaillé.

Diverses phases du fonctionnement du véhicule correspondent à diverses phases de fonctionnement du groupe moto propulseur et de son système d'accouplement, suivant le mode de propulsion, à savoir par le moteur thermique 11 et/ou la machine électrique 12.

Dans une phase de fonctionnement à la mise en mouvement du véhicule, la puissance de la machine électrique 12 permet le déplacement du véhicule dans toutes les situations. Dans ce cas, la machine électrique 12, par l'intermédiaire de l'étage de démultiplication 24, fait tourner l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14 avec une vitesse supérieure à la vitesse de rotation de l'arbre moteur 11A du moteur thermique 11, ce dernier pouvant être à l'arrêt. De ce fait, la roue libre 30 est à un état libre dans lequel l'arbre moteur 11A et l'arbre aval 40 sont découplés l'un de l'autre. Dans une phase de fonctionnement correspondant au roulage du véhicule en mode électrique pur, ce mode est aussi appelé mode zéro émission (ZEV), le moteur thermique 11 est à l'arrêt et la machine électrique 12 entraîne les roues 42 du véhicule tandis que la roue libre 30 est à son état libre. Lorsqu'une vitesse minimale du véhicule est atteinte, le moteur thermique 11 peut être démarré et vient alors progressivement entraîner le véhicule à la place de la machine électrique 12 ou en même temps que cette machine.

Dans une phase de fonctionnement correspondant au roulage du véhicule en mode thermique pur, la roue libre 30 est à son état bloqué et transmet du couple. Dans ce cas, quand la puissance délivrée par le moteur thermique 11 fait tourner ce dernier à une vitesse de rotation supérieure ou égale à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses, la roue libre 30 est à un état bloqué dans lequel l'arbre moteur 11A et l'arbre aval 40 sont accouplés l'un à l'autre. À l'inverse, quand la puissance délivrée par le moteur thermique 11 le fait tourner à une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses, qui est associé à machine électrique 12, la roue libre 30 est à son état libre de découplage. En mode de fonctionnement mixte thermique et électrique, le moteur thermique est le meneur. L'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14 est entraîné par l'arbre moteur 11A, si bien que ces deux arbres tournent sensiblement à la même vitesse. Dans une phase de fonctionnement à vitesse stabilisée, le moteur thermique 11 entraîne le véhicule avec une puissance faible. Si le niveau de stockage d'énergie électrique dans le véhicule le permet, la machine électrique entraîne le véhicule en continu ou par intermittence. Dans le cas de la phase de fonctionnement correspondant au roulage du véhicule en mode thermique pur, une difficulté concerne le fonctionnement de la roue libre 30 lors du changement de vitesses, ou changement de rapports de démultiplication de la boîte de vitesses. Lors d'un changement de rapports, le système de commande du fonctionnement du moteur thermique 11 abaisse la vitesse de rotation dudit moteur en dessous de la vitesse de rotation de l'arbre aval 40 fixé à l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14. Pendant par exemple 200 millisecondes, ou environ 100 à 500 millisecondes, le couple en entrée de la boîte de vitesses 14 est assuré par la machine électrique 12 et/ou par l'inertie de la chaîne de transmission entre l'arbre aval 40 et les roues 42 du véhicule. Cet abaissement de la vitesse de rotation du moteur thermique 11 relativement à l'arbre d'entrée 16 de boîte de vitesses 14 entraîne le passage de la roue libre 30 à son état libre, donc un découplage du moteur thermique par rapport à ladite boîte.

Pendant ce découplage, le changement de rapports est effectué. L'ajustement des vitesses de rotation par le pilotage de la machine électrique 12 n'est pas le même dans différents cas de roulage du véhicule tels que phase d'accélération, vitesse stabilisée ou décélération du véhicule. En particulier, dans le cas d'une montée de rapport, le régime moteur est ralenti à une cible au dessous du régime cible correspondant au régime de roulage avec le rapport à engager.

Avantageusement, l'étage de démultiplication 24 entre la machine électrique 12 et la boîte de vitesse 14 est favorable à un bon fonctionnement du système d'accouplement selon l'invention. Dans la variante de réalisation représentée à la figure 2, le montage de la roue libre 30 est différent de celui du mode de réalisation représentée à la figure 1. L'étage de démultiplication 24 reliant la machine électrique 12 à la boîte de vitesses 14 comporte un arbre de déport d'entraînement 26A qui permet d'espacer la machine électrique 12 et la boîte de vitesses. Une transmission à poulies et courroie remplace la transmission par engrenage à pignons associé à la machine électrique 12. Le pignon mené 26 est entraîné indirectement par la machine électrique 12. En effet, le pignon mené 26 est à engrènement avec un pignon 26B aménagé à l'une des extrémités de l'arbre de déport d'entraînement 26A.

L'autre extrémité de cet arbre de déport d'entraînement 26A est pourvue d'une poulie 26C qui est en prise par une courroie 26D avec la poulie menante 22 solidaire de l'arbre de sortie 20 de la machine électrique 12.

Du fait de l'arbre de déport d'entraînement 26A, la roue libre 30 associée à l'arbre de sortie 16 de la boîte de vitesses 14 et l'arbre de sortie 20 de la machine électrique peuvent être déportés d'une grande distance l'un par rapport à l'autre, par exemple de part et d'autre du moteur thermique 11. Avantageusement, avec la disposition telle que représentée à la figure 2, la façade du moteur à l'opposé de la boîte de vitesses 14 peut être utilisée pour l'hybridation en ayant la machine électrique sur cette façade, au bénéfice de la conservation de la façade du moteur du côté de la boîte de vitesses. La bague d'entrée 32 est toujours liée à rotation avec le moteur thermique 11, mais elle constitue ici une bague interne de la roue libre 30. La bague de sortie 34 est encore liée à rotation avec l'entrée de la boîte de vitesses 14, mais elle constitue ici une bague externe de la roue libre 30. L'organe tournant de transmission de couple entre l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses 14 et la bague de sortie 34 de la roue libre 30 est ici sous forme d'un arbre aval 40 ayant un logement interne 40A dans lequel la roue libre 30 est montée. La poulie 48 d'entraînement du compresseur 52 est ici en prise par la courroie 26D avec la poulie menante 30 22 de la machine électrique 12. La roue dentée 58 du démarreur 62 est ici en prise avec la couronne 56 qui est directement solidaire de l'arbre moteur 11A. Avantageusement, cette variante d'agencement d'une 35 part de l'étage de démultiplication 24 et d'autre part des périphériques du moteurs comme son démarreur et d'accessoires d'équipements du véhicule, tel que le compresseur de climatisation 52, offre aussi un grand choix d'aménagement sous capot. Avantageusement, l'arbre de déport d'entraînement 26A permet d'atténuer des acyclismes. Un entraînement par chaîne associé à la machine électrique est favorable pour passer du couple et atténuer lesdits acyclismes. Dans les exemples de réalisation représentés aux figures, le dispositif d'amortissement des chocs de variation de couple 31 est sur l'arbre d'entrée 16 de la boîte de vitesses, mais en variante non représentée, il peut être interposé à un autre emplacement entre le moteur thermique 11 et la boîte de vitesses 14. Il y avoir un deuxième dispositif d'amortissement des chocs de variation de couple par exemple sur l'arbre moteur 11A ou un seul dispositif d'amortissement par exemple à ce dernier emplacement.

Claims

REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur hybride à moteur thermique (11) et machine électrique (12) pour véhicule automobile, comprenant un système d'accouplement (10) entre un arbre moteur (11A) en sortie du moteur thermique (11) et un arbre d'entrée (16) de la boîte de vitesses (14) du groupe motopropulseur et une roue libre (30) qui est interposée, dans le système d'accouplement (10), entre l'arbre moteur (11A) et l'arbre d'entrée (16) de boîte et qui peut occuper un état libre auquel les deux arbres (11A, 16) sont découplés l'un de l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur (11A) est inférieure à celle de l'arbre d'entrée (16) de boîte ou un état bloqué auquel les deux arbres (11A, 16) sont accouplés l'un à l'autre si la vitesse de rotation de l'arbre moteur (11A) est au moins égale à celle de l'arbre d'entrée (16) de boîte, caractérisé en ce qu'il comprend un étage de démultiplication (24) entre l'arbre d'entrée (16) de boîte et un arbre de sortie (20) de la machine électrique (12).
2. Groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étage de démultiplication (24) comprend un arbre de déport d'entraînement (26A) entre l'arbre d'entrée (16) de boîte relié à la roue libre (30) et la machine électrique (12).
3. Groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée (16) de boîte et la machine électrique (12) sont de part et d'autre du moteur thermique (11) en étant reliées par l'arbre de déport d'entraînement (26A).
4. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue libre (30) comporte une bague de sortie (34) qui est liée à rotation avec l'arbre d'entrée (16) de la boîte de vitesses (14) par l'intermédiaire d'un organe tournant de transmission de couple (40) solidaire d'une piècetournante de démultiplication (26) de l'étage de démultiplication (24).
5. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue libre (30) comporte une bague d'entrée (32) qui est liée à rotation avec l'arbre moteur (11A).
6. Groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bague d'entrée (32) est liée à rotation avec l'arbre moteur (11A) et avec un démarreur (62) du moteur thermique (11).
7. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de démultiplication (24) est à pignons (22, 26) mutuellement engrenés et/ou à poulie (22, 26C) et courroie (26D) et/ou pignons et chaîne.
8. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de démultiplication (24) entraîne un accessoire (52) d'équipement du véhicule, tel qu'un compresseur de climatisation (52).
9. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'amortissement des chocs de variation de couple (31) interposé entre le moteur thermique (11) et la boîte de vitesses (14).
10. Véhicule automobile comportant un compartiment moteur logeant un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique (11) et machine électrique (12), caractérisé en ce que le groupe motopropulseur est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et son étage de démultiplication (24) situé entre l'arbre d'entrée (16) de boîte et l'arbre de sortie (20) de la machine électrique (12) permet de séparer la roue libre (30) et la machine électrique (12) l'une par rapport à l'autre et de dégager de l'espace dans le compartiment moteur, autour de la boîte de vitesse (14) et/ou de la roue libre (30).