FR3011878A1 - Groupe motopropulseur pour vehicule hybride, disposant d'un generateur entrainant des machines tournantes accessoires - Google Patents

Groupe motopropulseur pour vehicule hybride, disposant d'un generateur entrainant des machines tournantes accessoires Download PDF

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Abstract

Groupe motopropulseur pour un véhicule hybride, comprenant un train planétaire (2) disposant d'éléments reliés chacun à un moteur thermique (4), à un générateur (8) produisant une énergie auxiliaire, ou aux roues motrices (22), afin de réaliser un variateur de vitesse en ajustant le couple et la vitesse de rotation du générateur, le groupe motopropulseur comprenant de plus une machine de traction (24) reliée aux roues utilisant l'énergie auxiliaire, et des machines tournantes accessoires (34), caractérisé en ce que le générateur (8) entraîne directement au moins certaines de ces machines tournantes accessoires (34).

Description

GROUPE MOTOPROPULSEUR POUR VEHICULE HYBRIDE, DISPOSANT D'UN GENERATEUR ENTRAINANT DES MACHINES TOURNANTES ACCESSOIRES pool La présente invention concerne un groupe motopropulseur pour un véhicule hybride, ainsi qu'un véhicule hybride comportant un tel groupe motopropulseur. [0002] Un type de véhicule hybride connu, présenté notamment par le document FR-A1-2973302, comporte une transmission recevant la puissance d'un moteur thermique et d'une machine hydraulique formant une motorisation auxiliaire, afin d'entraîner les roues motrices suivant différentes combinaisons. La transmission comporte de plus une pompe hydraulique qui peut recharger des accumulateurs de pression afin de stocker une énergie auxiliaire sous forme de pression hydraulique, pour la restituer ensuite à la machine hydraulique. [0003] La machine hydraulique est reliée directement aux roues motrices. Un train planétaire reçoit à la fois le mouvement du moteur thermique et de la pompe hydraulique délivrant un couple de freinage, pour les combiner afin de fournir une puissance aux roues motrices. On réalise ainsi un variateur de vitesse qui permet en particulier d'ajuster en continu la vitesse du moteur thermique. [0004] On obtient différents modes de fonctionnement comprenant un mode sans émission de gaz polluants avec une traction du véhicule uniquement par la machine hydraulique, le moteur thermique étant arrêté, un mode hybride avec une traction du véhicule par la machine hydraulique et par le moteur thermique, et un mode avec le moteur thermique uniquement. [0005] En variante ce type de cinématique peut comporter une motorisation auxiliaire utilisant une autre source d'énergie comme l'énergie électrique, avec une machine électrique réversible à la place de la machine hydraulique et un générateur électrique à la place de la pompe. [0006] Par ailleurs d'une manière habituelle, les véhicules comprennent des machines tournantes accessoires comme un alternateur, une pompe de direction assistée ou un compresseur de climatisation, qui sont entraînées directement par moteur thermique. On assure ainsi la production d'électricité pour le réseau de bord ou le refroidissement de l'habitacle, lorsque le moteur thermique est en marche. [0007] Cependant pour les véhicules hybrides, si le stockage d'énergie auxiliaire dispose d'une capacité assez importante pour assurer un roulage du véhicule pendant longtemps avec le moteur thermique arrêté, les machines tournantes accessoires sont aussi à l'arrêt, et leurs fonctions comme la recharge de la batterie du réseau de bord ou la production de froid ne sont plus assurées. Il y a alors des risques d'inconfort ou de défaillance. [000s] En particulier certains véhicules hybrides peuvent dans des parcours urbains comporter des temps d'arrêt du moteur thermique qui dépassent la moitié du temps de roulage total. [0009] On peut alors augmenter la puissance des machines tournantes ou des réserves qui leurs sont liées, pour supporter un temps d'arrêt de ces 20 machines plus long sans inconvénient. Mais dans ce cas on augmente les dimensions et la masse de ces équipements, ainsi que leurs coûts. [0010] On peut aussi redémarrer le moteur thermique pour entraîner les machines tournantes, mais ces démarrages supplémentaires réduisent la performance énergétique du groupe motopropulseur. 25 [0011] En variante on peut entraîner une machine tournante accessoire comme un compresseur de climatisation, par un moteur électrique prélevant l'énergie dans la batterie du réseau de bord, ou dans les batteries haute tension utilisées pour la traction dans le cas d'un véhicule hybride électrique. [0012] Cependant cette solution comporte un coût élevé, et induit des contraintes importantes sur les batteries qui l'alimentent. De plus le rendement est médiocre, avec plusieurs transformations d'énergie successives pour entraîner cette machine accessoire. [0013] Une autre variante consiste à entraîner la machine accessoire directement par les roues du véhicule. Toutefois cette disposition empêche le fonctionnement de ces machines quand le véhicule est à l'arrêt. [0014] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0015] Elle propose à cet effet un groupe motopropulseur pour un véhicule hybride, comprenant un train planétaire disposant d'éléments reliés chacun à un moteur thermique, à un générateur produisant une énergie auxiliaire, ou aux roues motrices, afin de réaliser un variateur de vitesse en ajustant le couple et la vitesse de rotation du générateur, le groupe motopropulseur comprenant de plus une machine de traction reliée aux roues utilisant l'énergie auxiliaire, et des machines tournantes accessoires, caractérisé en ce que le générateur entraîne directement au moins certaines de ces machines tournantes accessoires. [0016] Un avantage de ce groupe motopropulseur est que pendant les arrêts du véhicule, comme lors du roulage du véhicule en mode hybride pendant les temps d'arrêt du moteur thermique, on peut toujours en conservant une rotation du générateur entraîner les machines tournantes accessoires, pour maintenir certaines fonctions comme la climatisation assurant le confort ou la recharge de la batterie du réseau de bord, ce qui permet de limiter la capacité ou la puissance nécessaire pour ces fonctions. [0017] Le groupe motopropulseur selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0018] Avantageusement, le groupe motopropulseur comporte un moyen d'accouplement disposé entre le générateur et les machines accessoires. [0019] En particulier, la couronne du train planétaire peut être reliée au moteur thermique, le pignon solaire au générateur, et le porte-satellites aux roues motrices. [0020] En complément, le train planétaire peut comporter un moyen de blocage. [0021] Avantageusement, le groupe motopropulseur comporte un moyen d'inversion du sens de rotation disposé entre le générateur et la machine 10 accessoire. [0022] Avantageusement, le moyen d'inversion du sens de rotation inverse automatiquement ce sens quand l'arbre d'entrée tourne en sens inverse. [0023] Dans ce cas, le moyen d'inversion peut comporter un train planétaire et deux roues-libres pour inverser le sens de rotation. 15 [0024] En particulier l'énergie auxiliaire peut être un fluide hydraulique sous pression, ou une énergie électrique. [0025] La machine accessoire peut être un alternateur ou un compresseur de climatisation. [0026] L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride disposant d'un 20 groupe motopropulseur assurant la traction, qui comporte l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0027] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux 25 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un groupe motopropulseur pour un véhicule hybride électrique selon l'invention ; 301 1 8 78 5 - la figure 2 est un schéma d'un groupe motopropulseur pour un véhicule hybride hydraulique selon l'invention ; et - la figure 3 est un schéma d'un train planétaire permettant d'inverser le sens de rotation, qui peut être disposé pour 5 entrainer les accessoires. [0028] La figure 1 présente un groupe motopropulseur pour un véhicule hybride électrique, comprenant un train planétaire 2 disposant d'un premier élément relié à un moteur thermique 4, un deuxième élément relié à un générateur électrique 8, et un troisième élément relié à un pignon menant 10 entraînant un pignon mené 12 porté par un arbre parallèle 16. Un premier crabot 14 peut solidariser le pignon mené 12 avec son arbre parallèle 16, ou le désolidariser. [0029] En particulier la couronne du train planétaire 2 est reliée au moteur thermique 4, le pignon solaire est relié au générateur électrique 8, et le porte- satellites est relié au pignon menant 10. [0030] L'arbre parallèle 16 entraîne un pignon intermédiaire 18, qui entraîne à son tour la couronne 20 d'un différentiel de sortie répartissant le mouvement vers les deux roues motrices 22 de l'essieu avant du véhicule. [0031] Une machine électrique 24 pouvant fonctionner en moteur ou en générateur, comporte sur son arbre de sortie un premier pignon 26 qui entraîne un deuxième pignon 28 porté par l'arbre secondaire 16, un deuxième crabot 30 pouvant solidariser ou désolidariser ce deuxième pignon de son arbre. [0032] La machine électrique 24 ainsi que le générateur 8 sont reliés à des batteries hautes tension 32 permettant d'accumuler une certaine quantité d'énergie, et de les restituer pour assurer la traction du véhicule. [0033] Une machine tournante accessoire 34 disposée à l'arrière du générateur électrique 8, comporte un arbre aligné sur celui de ce générateur, un embrayage 36 étant disposé entre les deux. [0034] La machine accessoire 34 peut être en particulier un compresseur de climatisation, un alternateur de recharge de la batterie du réseau de bord, ou une pompe de direction assistée. On peut installer de la même manière une ou plusieurs machines tournantes accessoires 34, alignées suivant un même axe ou disposées en parallèle, avec différents moyens d'entraînement les reliant. [0035] Le fonctionnement du groupe motopropulseur est le suivant. [0036] Lorsque le moteur thermique 4 entraîne les roues motrices 22 avec le premier crabot 14 engagé, le générateur électrique 8 tournant en sens inverse, applique un couple de freinage sur le train planétaire 2 avec une vitesse variable afin de régler la vitesse de sortie appliquée aux roues, en formant un variateur de vitesse qui permet d'optimiser la vitesse du moteur thermique pour réduire sa consommation d'énergie. [0037] En même temps le courant produit par le générateur électrique 8 est stocké dans les batteries 32. [0038] Dans ce cas en fermant l'embrayage 36 on entraîne la machine accessoire 34, dans un sens de rotation opposé à celui du moteur thermique 2. [0039] Dans le cas où le rapport du variateur de vitesse nécessite un arrêt sensiblement complet du générateur électrique 8, on peut si la machine accessoire 34 doit fonctionner, par exemple si la climatisation de l'habitacle est demandée, prévoir un petit décalage de la vitesse de rotation du moteur thermique 4 ainsi qu'une vitesse de rotation minimum de ce générateur en modifiant légèrement le rapport de la transmission, pour assurer un fonctionnement de cette machine accessoire. [0040] On peut en complément pour ce mode de fonctionnement, engager le deuxième crabot 30 pour délivrer avec la machine électrique 24 un couple moteur complémentaire sur les roues motrices 22. [0041] Un autre mode de fonctionnement comporte l'engagement du premier crabot 14 et le blocage du train planétaire 2 s'il comporte un moyen de blocage comme un crabot, le moteur thermique 4 entraînant à la même vitesse le générateur électrique 8, ainsi que la machine accessoire 34 en fermant l'embrayage 36. On a de cette manière un rapport de transmission long entraînant les roues motrices 22 à une grande vitesse, qui assure aussi la rotation de la machine accessoire 34. [0042] Un autre mode de fonctionnement ZEV ne comprenant pas d'émission de gaz polluants, comporte l'arrêt du moteur thermique 2 et un entraînement du véhicule par la machine électrique 24. On a alors avec l'engagement du premier crabot 14 et le moteur thermique 4 à l'arrêt formant un point de réaction sur un élément du train planétaire 2, un entraînement du générateur électrique 8 par ce train planétaire, qui tourne dans le même sens de rotation que celui du moteur thermique. On peut aussi dans ce cas entraîner la machine accessoire 34. [0043] Un autre mode de fonctionnement avec le véhicule à l'arrêt et l'engagement du premier crabot 14, permet le fonctionnement de la machine accessoire 34 en démarrant le moteur thermique 4. L'élément du train planétaire 2 lié aux roues motrices 22 étant à l'arrêt et formant un point de réaction, le générateur 8 est entraîné dans le sens inverse par rapport à celui du moteur thermique 4. [0044] En variante dans le cas où le train planétaire 2 comporte un moyen de blocage, on peut alors avec l'ouverture du premier crabot 14 entraîner le générateur 8 ainsi que la machine accessoire 34 à la même vitesse que le moteur thermique 4. [0045] On notera que la machine accessoire 34 tournant suivant les modes de fonctionnement dans un sens ou dans l'autre, cette disposition convient pour les machines tournantes qui peuvent accepter ces deux sens de rotation. [0046] La figure 2 présente en variante un groupe motopropulseur utilisant une énergie auxiliaire hydraulique, le générateur 8 ainsi que la machine hydraulique 24 étant reliés à un accumulateur de pression hydraulique 40. [0047] Les différents modes de fonctionnement de ce groupe motopropulseur sont similaires, avec de la même manière pour tout ces modes la possibilité d'entraîner la machine accessoire 34. [0048] La figure 3 présente un arbre d'entrée 50 guidé par un palier 52, qui peut être lié au générateur 8, aligné avec un arbre de sortie 54 guidé par un palier 56, qui est lié à la machine accessoire 34. Un sens de rotation appelé par convention sens positif, est indiqué par les flèches de rotation des arbres 50, 54. [0049] Un train planétaire comporte un pignon solaire 60 fixé sur l'arbre d'entrée 50, un porte-satellites 62, et une couronne extérieure 66 reliée à l'arbre de sortie 54. [0050] Une première roue-libre 64 reliant le porte-satellites 62 avec le pignon solaire 60, assure un entraînement du porte-satellites par l'arbre d'entrée 50 à la même vitesse quand cet arbre tourne dans le sens positif. Une deuxième roue-libre 68 reliant le porte-satellites 62 au carter fixe du train planétaire, permet une libre rotation de ce porte-satellites quand il tourne dans le sens positif, et interdit la rotation dans le sens négatif. [0051] Quand l'arbre d'entrée 50 tourne dans le sens positif, la première roue-libre 64 entraîne le porte-satellites 62 à la même vitesse, la deuxième roue-libre 68 étant désengagée, ce qui oblige la couronne 66 à tourner aussi à la même vitesse. L'arbre de sortie 54 est alors solidaire de l'arbre d'entrée. [0052] Quand l'arbre d'entrée 50 tourne dans le sens négatif, avec le couple résistant de l'arbre de sortie 54, le porte-satellites 62 voudrait tourner dans le sens négatif ce qui est interdit par la deuxième roue-libre 68. Le porte-satellites 62 est alors à l'arrêt, et la couronne 66 ainsi que l'arbre de sortie 54 tournent dans le sens positif avec une réduction de la vitesse par rapport à celle de l'arbre d'entrée 50. La première roue-libre 64 est dégagée, permettant la libre rotation de l'arbre de sortie 54 dans le sens positif. [0053] La réduction de vitesse est égale au rapport du nombre de dents entre le pignon solaire 60 et la couronne 66. [0054] On obtient ainsi avec ce train planétaire équipé de deux roues-libres 64, 68, une inversion automatique du sens de rotation de la machine accessoire 34, ce qui permet d'utiliser des machines tournantes prévues pour tourner dans un unique sens de rotation. [0055] Ce groupe motopropulseur permet en particulier sur un véhicule hybride, d'utiliser un unique alternateur pour alimenter le réseau de bord en courant électrique, qui fonctionne quels que soient les modes de fonctionnement de ce groupe. On évite ainsi par exemple l'utilisation de deux alternateurs, entraînés l'un par le moteur thermique et l'autre par les roues motrices. [0056] On peut aussi entraîner en permanence un compresseur de climatisation, en évitant l'utilisation d'un moteur électrique spécifique pour son usage. D'une manière générale on peut réduire les masses, et améliorer les rendements de fonctionnement du moteur thermique ainsi que des différents accessoires.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur pour un véhicule hybride, comprenant un train planétaire (2) disposant d'éléments reliés chacun à un moteur thermique (4), à un générateur (8) produisant une énergie auxiliaire, ou aux roues motrices (22), afin de réaliser un variateur de vitesse en ajustant le couple et la vitesse de rotation du générateur, le groupe motopropulseur comprenant de plus une machine de traction (24) reliée aux roues utilisant l'énergie auxiliaire, et des machines tournantes accessoires (34), caractérisé en ce que le générateur (8) entraîne directement au moins certaines de ces machines tournantes accessoires (34).
  2. 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'accouplement (36) disposé entre le générateur (8) et la machine accessoire (34).
  3. 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couronne du train planétaire (2) est reliée au moteur thermique (4), le pignon solaire au générateur (8), et le porte-satellites aux roues motrices (22).
  4. 4. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que le train planétaire 2 comporte un moyen de blocage.
  5. 5. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'inversion du sens de rotation disposé entre le générateur (8) et la machine accessoire 25 (34).
  6. 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'inversion du sens de rotation inverse automatiquement ce sens quand l'arbre d'entrée (50) tourne en sens inverse.
  7. 7. Groupe motopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen d'inversion comporte un train planétaire et deux roues-libres (64, 68) pour inverser le sens de rotation.
  8. 8. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que l'énergie auxiliaire est un fluide hydraulique sous pression, ou une énergie électrique.
  9. 9. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine accessoire (34) est un alternateur ou un compresseur de climatisation. 10
  10. 10.Véhicule hybride disposant d'un groupe motopropulseur assurant la traction, caractérisé en ce que ce groupe motopropulseur est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
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