FR3150737A1 - Circuit de fluide pour refroidir et lubrifier un ensemble hybride d’entraînement pour véhicule. - Google Patents

Circuit de fluide pour refroidir et lubrifier un ensemble hybride d’entraînement pour véhicule. Download PDF

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Nicolas Marchal
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Abstract

Titre de l’invention : Circuit de fluide pour refroidir et lubrifier un ensemble hybride d’entraînement pour véhicule. La présente invention concerne un ensemble hybride (2) d’entraînement pour un véhicule comprenant au moins une boîte de vitesses (12), une première machine électrique (4) et une deuxième machine électrique (8), la première machine électrique (4) étant logée dans un carter d’entraînement (6) de l’ensemble hybride, la deuxième machine électrique (8) et la boîte de vitesses (12) étant logées dans un carter de boîte de vitesses (10), l’ensemble hybride comprenant un échangeur de chaleur (13) et un système de lubrification comprenant au moins une pompe (36) et un circuit de lubrification (38), le circuit de lubrification (38) s’étendant au moins en partie à travers l’échangeur de chaleur (13) et le carter de boîte de vitesses (10). (Figure 3)

Description

Circuit de fluide pour refroidir et lubrifier un ensemble hybride d’entraînement pour véhicule.
La présente invention concerne le domaine des systèmes de refroidissement et de lubrification d’un ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule. La présente invention concerne plus particulièrement le refroidissement et la lubrification d’un tel ensemble hybride au moyen d’un même fluide.
Les véhicules, et notamment les véhicules automobiles, sont de plus en plus fréquemment des véhicules hybrides. Ces véhicules hybrides sont mis en mouvement par un ensemble hybride au sein duquel un moteur électrique principal et une génératrice participent à la mise en mouvement du véhicule, le moteur électrique principal et la génératrice participant ensemble ou individuellement à transmettre un couple jusqu’à une boîte de vitesses au sein de laquelle par exemple des pignons transmettent le couple généré jusqu’à des arbres d’entraînement.
Le moteur électrique principal et la génératrice sont des éléments qui génèrent de la chaleur lors de leur fonctionnement. Cette chaleur, en quantité trop importante, est préjudiciable au bon fonctionnement du moteur électrique principal et de la génératrice. Il est ainsi connu de mettre en œuvre des circuits de fluide de refroidissement autour de chacun de ces éléments pour les refroidir, chacun de ces éléments étant logés classiquement dans son propre carter qu’il convient de refroidir individuellement.
La boîte de vitesses est un élément de l’ensemble hybride au sein duquel de nombreux pignons sont amenés à être engrenés et frotter les uns contre les autres, de sorte qu’il est nécessaire de lubrifier cette boîte de vitesses, aussi bien pour limiter l’usure des pièces que les forces de frottement entre ces pièces. Il est ainsi connu de mettre en œuvre un circuit de fluide de lubrification au sein de la boîte de vitesses pour lubrifier les différentes pièces.
La mise en œuvre de ces circuits fait généralement intervenir un circuit d’eau pour refroidir la machine électrique principale, un autre circuit d’eau pour refroidir la génératrice ainsi qu’un circuit d’huile pour lubrifier la boîte de vitesses. L’accumulation de ces circuits augmente de façon importante l’encombrement de l’ensemble hybride, la complexité des circuits mis en œuvre et le risque de fuites.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et se propose de pallier au moins certains des inconvénients de l’art antérieur. La présente invention se propose notamment de réduire le nombre de circuits mis en œuvre pour refroidir et lubrifier l’ensemble hybride.
Ainsi, la présente invention a pour objet un ensemble hybride d’entraînement pour un véhicule comprenant au moins une boîte de vitesses, une première machine électrique et une deuxième machine électrique, la première machine électrique étant logée dans un carter d’entraînement de l’ensemble hybride, la deuxième machine électrique et la boîte de vitesses étant logées dans un carter de boîte de vitesses de l’ensemble hybride, le carter d’entraînement et le carter de boîte de vitesses étant distincts l’un de l’autre, l’ensemble hybride comprenant un échangeur de chaleur extérieur au carter d’entraînement et au carter de boîte de vitesses, l’ensemble hybride comprenant un système de lubrification comprenant au moins une pompe et un circuit de lubrification, la pompe étant configurée pour faire circuler un fluide de lubrification dans le circuit de lubrification, le circuit de lubrification s’étendant au moins en partie à travers l’échangeur de chaleur, le carter d’entraînement et le carter de boîte de vitesses.
On comprend que la première machine électrique est logée dans un volume interne défini par les parois du carter d’entraînement et que la deuxième machine électrique et la boîte de vitesses sont toutes deux logées dans le volume interne défini par les parois du carter de boîte de vitesses. En d’autres termes, la première machine électrique est dans un compartiment et la deuxième machine électrique et la boîte de vitesses sont dans un autre compartiment.
Il convient de noter que l’échangeur de chaleur est un élément de l’ensemble hybride dissocié du carter d’entraînement et du carter de boîte de vitesses, c’est-à-dire que cet échangeur de chaleur est un élément extérieur au volume interne défini par chacun de ces carters.
La pompe du système de lubrification est reliée fluidiquement avec le carter de boîte de vitesses de telle sorte que le fluide de lubrification présent dans le carter de boîte de vitesses peut être mis en circulation dans le circuit de lubrification au moyen de la pompe. Cette pompe peut être interne au carter de boîte de vitesses, et notamment disposée contre une paroi de fond du carter, ou externe à ce carter de boîte de vitesses, et reliée fluidiquement au carter via un orifice ménagé près de la paroi de fond du carter.
Le circuit de lubrification traverse à la fois l’échangeur de chaleur et le carter de boîte de vitesses et il permet de diriger du fluide de lubrification sur la machine électrique présente au sein du carter de boîte de vitesses. De la sorte, on réalise avantageusement, avec un même fluide, la régulation de température de la machine électrique et la lubrification de la boîte de vitesses. Plus particulièrement, le fluide de lubrification peut être refroidi au sein de l’échangeur de chaleur externe pour être porté à une température adéquate pour refroidir la machine électrique, et cet échange de calories présente l’avantage de faire monter en température le fluide de lubrification pour lui donner des propriétés de viscosité adaptées à la lubrification des éléments de la boîte de vitesses sur lequel le fluide de lubrification est dirigé en sortie de la machine électrique présente dans le carter de boîte de vitesses.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de lubrification s’étend au moins en partie à travers l’échangeur de chaleur, le carter de boîte de vitesses et le carter d’entraînement. La circulation du fluide de lubrification se fait ainsi dans la totalité de l’ensemble hybride. Le passage du circuit de lubrification, successivement à travers chacun de ces différents éléments de l’ensemble hybride, permet d’assurer une pluralité de fonctions en minimisant le nombre de circuits de fluide impliqués dans ces fonctions.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de lubrification s’étend au moins en partie dans une paroi du carter de boîte de vitesses, le circuit de lubrification comprenant des moyens de projection configurés pour projeter du fluide de lubrification en direction de la deuxième machine électrique. L’agencement du circuit de lubrification au sein de la paroi du carter de boîte de vitesses permet de limiter l’utilisation de raccord hydraulique externe pouvant être sujet à des fuites. On comprend qu’une majeure partie du circuit de lubrification est directement ménagée dans la paroi du carter, lors de la fabrication dudit carter par exemple. Les moyens de projection peuvent être formés de simples orifices par lesquels le fluide de lubrification s’écoule en direction de la deuxième machine électrique ou bien être formés par des buses de projection projetant le fluide de lubrification à une pression déterminée en direction de la deuxième machine électrique.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de lubrification comprend au moins un point de divergence au niveau duquel une première partie du circuit de lubrification s’étend en direction de la deuxième machine électrique et une deuxième partie du circuit de lubrification s’étend en direction du carter d’entraînement.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième partie du circuit de lubrification circule dans un arbre primaire de la boîte de vitesses s’étendant au moins en partie dans le carter d’entraînement et étant lié en rotation à la première machine électrique. On comprend que l’arbre primaire de la boîte de vitesses comprend une portion creuse au sein de laquelle passe le circuit de lubrification et plus particulièrement la deuxième partie du circuit de lubrification. L’arbre primaire de la boîte de vitesses est disposé en partie dans le carter d’entraînement, où il est lié avec la première machine électrique, et en partie dans le carter de boîte de vitesses, où il est lié à des pignons de la boîte de vitesses. Le fluide de lubrification s’écoulant au sein de l’arbre primaire est destiné à traverser le carter d’entraînement pour sortir dans le carter de boîte de vitesses, la portion de l’arbre primaire présente dans le carter de boîte de vitesses étant perforée radialement pour laisser passage au fluide de lubrification.
Selon une caractéristique de l’invention, l’arbre primaire de la boîte de vitesses s’étend selon une direction d’allongement principal longitudinale, l’extrémité longitudinale de l’arbre primaire de la boîte de vitesses disposée dans le carter d’entraînement étant recouverte par un couvercle rapporté sur le carter d’entraînement, la deuxième partie du circuit de lubrification s’étendant en partie dans le couvercle. Notamment, le couvercle comporte un élément d’étanchéité qui coopère avec l’arbre primaire pour assurer une continuité dans la circulation entre la partie du circuit de lubrification s’étendant au sein d’une paroi du couvercle et la partie du circuit de lubrification s’étendant à l’intérieur de l’arbre primaire.
Selon une caractéristique de l’invention, la première machine électrique est une machine électrique à flux axial.
Selon une caractéristique de l’invention, la première machine électrique comprend un rotor et un stator, le stator comprenant un premier élément statorique logé dans une première chambre et un deuxième élément statorique logé dans une deuxième chambre, la deuxième partie du circuit de lubrification s’étendant au moins en partie à travers l’une desdites chambres. On comprend qu’au moins la première chambre ou la deuxième chambre fait partie du circuit de lubrification. Le fluide de lubrification est directement au contact de l’élément statorique associé à ladite chambre.
Selon une caractéristique de l’invention, le fluide de lubrification est un fluide diélectrique.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins une portion de la deuxième partie du circuit de lubrification est extérieure au carter d’entraînement et au carter de boîte de vitesses. Cette portion du circuit de lubrification est formée par un raccord hydraulique tel qu’un flexible.
Selon une caractéristique de l’invention, l’au moins une portion de la deuxième partie du circuit de lubrification extérieure au carter d’entraînement et au carter de boîte de vitesses est raccordée au couvercle. En d’autres termes, cette portion externe au carter d’entrainement s’étend via un flexible depuis le point de divergence jusqu’à un embout de raccordement présent sur le couvercle. Le fluide de lubrification circule ensuite dans le couvercle puis dans l’arbre primaire via l’élément d’étanchéité.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième partie du circuit de lubrification s’étend au moins dans une paroi du carter d’entraînement et dans une paroi du carter de boîte de vitesses. Notamment, la deuxième partie du circuit de lubrification présente une portion qui s’étend de manière étanche à la jonction entre une paroi du carter d’entrainement et une paroi du carte de boîte de vitesses.
Selon une caractéristique de l’invention, l’une des chambres communique avec un conduit d’évacuation débouchant dans le couvercle. La deuxième partie du circuit de lubrification passe ainsi par une des chambres, qui forme un relais entre un conduit formé au sein du carter d’entrainement et un conduit formé au sein du couvercle, notamment pour remplir de fluide de lubrification l’intérieur de l’arbre primaire de boîte de vitesses disposé en regard de ce couvercle.
Selon une caractéristique de l’invention, l’une des chambres communique avec un conduit de communication débouchant dans le carter de boîte de vitesses. De la sorte, on forme une troisième partie du circuit de lubrification, qui s’étend en parallèle de la deuxième partie du circuit de lubrification, et qui est destinée à réguler la température d’une autre chambre d’une machine électrique et à lubrifier une autre zone de la boîte de vitesses.
L’invention porte également sur un véhicule comprenant un ensemble hybride conforme à l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématique annexés d’autres part, sur lesquels :
représente schématiquement une vue de coupe d’un ensemble hybride selon un mode de réalisation de l’invention, dans lequel un système de lubrification est configuré pour refroidir une deuxième machine électrique et pour lubrifier une boîte de vitesses, une première machine électrique étant refroidie par un circuit d’eau distinct ;
représente schématiquement la circulation d’un fluide de lubrification au sein du système de lubrification selon le mode de réalisation représenté par la ;
représente schématiquement une vue de coupe d’un ensemble hybride selon un autre mode de réalisation de l’invention, dans lequel le système de lubrification est configuré cette fois pour refroidir la première machine électrique et la deuxième machine électrique et pour lubrifier la boîte de vitesses ;
et une vue de détail de la , qui rend plus particulièrement visible le système de lubrification au niveau de la première machine électrique ;
représente schématiquement la circulation du fluide de lubrification au sein du système de lubrification selon le mode de réalisation représenté par la .
Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description qui va suivre, on se réfèrera à une orientation fonction des axes Longitudinaux, Verticaux et Transversaux tels qu’ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur les figures 1 à 4.
Les figures 1 et 2 représentent un ensemble hybride 2 selon un mode de réalisation de l’invention. Plus spécifiquement, la représente une vue de coupe de l’ensemble hybride 2 et la représente une vue schématique de la circulation d’au moins un fluide de lubrification au sein de l’ensemble hybride 2 représenté par la . Il convient de noter que sur la la circulation des fluides impliqués dans l’ensemble hybride 2 est représentée par des flèches pleines.
Cet ensemble hybride 2 comprend notamment une première machine électrique 4 logée dans un carter d’entraînement 6, une deuxième machine électrique 8 et une boîte de vitesses 12 logées dans un carter de boîte de vitesses 10 et un échangeur de chaleur 13 extérieur au carter d’entraînement 6 et au carter de boîte de vitesses 10.
La première machine électrique 4 est une machine électrique à flux axial. Cette première machine électrique 4 comprend d’une part un rotor formé d’un disque rotorique 14 lié en rotation avec un arbre primaire de la boîte de vitesses 16 et d’autre part un stator 18 comprenant un premier élément statorique 20 et un deuxième élément statorique 22 disposés axialement l’un après l’autre, de part et d’autre du disque rotorique 14.
Le premier élément statorique 20 comprend un corps de stator bobiné logé dans une première chambre 24 et le deuxième élément statorique 22 comprend un corps de stator bobiné logé dans une deuxième chambre 26, le disque rotorique 14 interposé entre les éléments statoriques participant à délimiter chacune des deux chambres 24, 26. Tel que visible sur la notamment, qui est une vue de détails de l’ensemble hybride qui porte tout particulièrement sur la première machine électrique, un joint 25, 27 est disposé dans chacune de ces première et deuxième chambres 24, 26 pour empêcher un fluide de refroidissement présent dans la chambre de s’écouler par gravité au centre du carter d’entraînement 6 vers l’arbre primaire 16.
La première chambre 24 s’étend ainsi en périphérie du volume interne du carter d’entraînement, atour de l’arbre primaire 16, en étant délimitée radialement d’un côté par le joint 25 qui lui est propre et de l’autre côté par une paroi axiale 61 du carter d’entrainement 6, et en étant délimitée axialement par le disque rotorique 14 et par une première paroi radiale 62 du carter d’entrainement, tournée vers l’extérieur de l’ensemble hybride.
La deuxième chambre 26 s’étend également en périphérie du volume interne du carter d’entraînement, atour de l’arbre primaire 16, en étant délimitée radialement par le joint 27 qui lui est propre et par une paroi axiale du carter d’entrainement, dans le prolongement de la paroi axiale 61 qui participe à délimiter la première chambre 24, et en étant délimitée axialement par le disque rotorique 14 et par une deuxième paroi radiale 63 du carter d’entrainement, en regard du carter de boîte de vitesses 10.
Le bobinage du stator 18 est alimenté électriquement par des moyens de raccordement électrique, ici non représentés, de telle sorte qu’un champ magnétique est généré au niveau des premier et deuxième éléments statoriques 20 et 22. Ce champ magnétique est configuré pour mettre en mouvement le disque rotorique 14 autour d’un axe de rotation 28.
Le disque rotorique 14 est lié en rotation avec l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 de telle sorte que l’axe de rotation 28 du disque rotorique 14 est coaxial de l’axe de rotation de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16. On comprend que la mise en rotation du disque rotorique 14 entraîne la mise en rotation de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16.
Tel que visible sur la , l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 s’étend selon une direction d’allongement principal longitudinale, c'est-à-dire parallèlement à l’axe L, en partie dans le carter d’entraînement 6 et en partie dans le carter de boîte de vitesses 10. Plus spécifiquement, l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 est lié en rotation au niveau d’une extrémité longitudinale à la première machine électrique 4, et plus spécifiquement au disque rotorique 14, et par une extrémité longitudinale opposée à la boîte de vitesses 12. A cet effet, l’arbre primaire 16 traverse la deuxième paroi radiale 63 du carter d’entrainement, ainsi qu’une paroi radiale du carter de boîte de vitesses 10 disposée en regard de cette deuxième paroi radiale 63.
Dans l’exemple illustré, sans que cela soit limitatif de l’invention, la boîte de vitesses 12 comprend un premier arbre d’entraînement secondaire 30 et un deuxième arbre d’entraînement secondaire 32 s’étendant chacun parallèlement à l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16. Le premier arbre d’entraînement secondaire 30 est apte à être lié en rotation, d’une part avec l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 et d’autre part, avec la deuxième machine électrique 8. Le deuxième arbre d’entraînement secondaire 32 est apte à être lié en rotation d’une part, avec l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 et d’autre part, avec un arbre de transmission 34. Cet arbre de transmission 34 permet de transmettre le couple généré par la première machine électrique 4 et la deuxième machine électrique 8 jusqu’aux roues du véhicule pour le mettre en mouvement.
Il convient de noter que la boîte de vitesses 12 comprend une pluralité de crabots, de pignons fixes et de pignons fous assurant le passage du couple généré par la première machine électrique 4 et par la deuxième machine électrique 8 jusqu’à l’arbre de transmission 34n, et que ces crabots et pignons sont ici représentés schématiquement ou non représentés, notamment sur les figures 1et 3, pour rendre plus visibles les autres composants de l’ensemble hybride. Ce couple est transmis jusqu’à l’arbre de transmission 34, le cas échéant en augmentant ou en réduisant la vitesse de rotation de l’arbre de transmission 34 selon les pignons fixes ou fous engagés par les crabots.
On comprend que la mise en mouvement de l’ensemble de ces éléments au sein de la boîte de vitesses 12 requiert une lubrification adéquate pour limiter l’impact des forces de frottement des pièces les unes par rapport aux autres.
À cet effet, l’ensemble hybride 2 comprend un système de lubrification comprenant au moins une pompe 36 et un circuit de lubrification 38, représenté plus en détail sur la . La pompe 36 est configurée pour permettre la circulation d’un fluide de lubrification dans le circuit de lubrification 38. Dans le mode de réalisation représenté, la pompe 36 permet de faire recirculer le fluide de lubrification tombé par gravité au fond du carter de boîte de vitesses 10, c'est-à-dire dans le mode de réalisation représenté au niveau de l’arbre de transmission 34.
Le fluide de lubrification mis en circulation par la pompe 36 est envoyé dans le circuit de lubrification 38 en direction de l’échangeur de chaleur 13. Au niveau de cet échangeur de chaleur 13, un échange de chaleur s’opère entre le fluide de lubrification et un fluide caloporteur. Il convient de noter que cette portion du circuit de lubrification 38 joignant la pompe 36 et l’échangeur de chaleur 13 est extérieure au carter de boîte de vitesses 10.
Le fluide de lubrification ayant opéré un échange de chaleur au sein de l’échangeur de chaleur 13 circule dans le circuit de lubrification 38 jusqu’à atteindre un point de divergence 40 au niveau duquel le circuit de lubrification 38 se sépare en une première partie 42 et une deuxième partie 44. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, ce point de divergence 40 est formé en dehors du carter de boîte de vitesses 10 tandis que dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 5, ce point de divergence est formé au sein du carter de boîte de vitesses.
La première partie 42 du circuit de lubrification 38 s’étend au moins en partie, sous forme d’une canalisation, dans une paroi du carter de boîte de vitesses 10 définissant un volume interne dans lequel se trouvent la deuxième machine électrique 8 et la boîte de vitesses 12. En outre, ladite paroi du carter de boîte de vitesses 10 comprend des moyens de projection 46 configurés pour projeter le fluide de lubrification, circulant dans la première partie 42 du circuit de lubrification 38, en direction de la deuxième machine électrique 8.
Ces moyens de projections 46 peuvent être, tels que représentés, des orifices ménagés dans la paroi du carter de boîte de vitesses 10. Plus précisément ces orifices débouchent par une extrémité dans la première partie 42 du circuit de lubrification 38 et par une extrémité opposée dans le carter de boîte de vitesses 10. On comprend que ces moyens de projection 46 permettent au fluide de lubrification de s’écouler de la première partie 42 du circuit de lubrification 38 vers la deuxième machine électrique 8. Alternativement, ces moyens de projection 46 peuvent être formés par des buses de projection pulvérisant le fluide de lubrification en direction de la deuxième machine électrique 8. Il est notable que le fluide de lubrification est un fluide diélectrique permettant de ne pas altérer le fonctionnement de la deuxième machine électrique 8.
La première partie 42 du circuit de lubrification 38 s’étend ainsi du point de divergence 40 jusqu’aux moyens de projection 46.
En sortie de ces moyens de projection 46, le contact du fluide de lubrification avec la deuxième machine électrique 8 génère un échange de chaleur entre le fluide de lubrification et la deuxième machine électrique 8. Cet échange de chaleur peut le cas échéant permettre de réguler la température de la deuxième machine électrique 8 tout en modifiant la température du fluide de lubrification dans des proportions souhaitées. Notamment, le fluide de lubrification peut refroidir la deuxième machine électrique, et d’autant plus lorsque le fluide de lubrification a été préalablement refroidi dans l’échangeur de chaleur 13. Le fluide de lubrification, réchauffé par cet échange de calories avec la deuxième machine électrique et rendu moins visqueux, s’écoule alors par gravité jusqu’à la boîte de vitesses 12 de sorte que le fluide de lubrification permet de lubrifier la boîte de vitesses 12. Il est notable que l’augmentation de la température du fluide de lubrification a pu permettre de donner au fluide lubrification une viscosité appropriée pour réaliser la lubrification de la boîte de vitesses 12.
On comprend que la boîte de vitesses 12 est disposée, lorsque l’ensemble hybride 2 équipe le véhicule, en-dessous de la deuxième machine électrique 8 par rapport à l’axe vertical V, de sorte le fluide de lubrification s’écoule par gravité depuis la deuxième machine électrique jusqu’aux différents pignons de la boîte de vitesses.
Le fluide de lubrification est ensuite récupéré en fond de carter par la pompe 36 et réinjecté dans le circuit de lubrification.
La deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 s’étend du point de divergence 40 jusqu’au carter d’entraînement 6. Plus spécifiquement, dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 s’étend extérieurement au carter d’entraînement 6 et au carter de boîte de vitesses 10 et est formée, à titre d’exemple, par un flexible, tandis que dans le mode de réalisation représenté sur les figures 3 à 5, la deuxième partie 44 du circuit de lubrification s’étend en interne, notamment à travers plusieurs parois successives formant le carter d’entraînement 6 et le carter de boîte de vitesses 10.
La deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 va être décrite dans un premier temps en référence aux figures 1 et 2. La deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38, qui s’étend à l’extérieur des carters depuis le point de convergence, notamment sous forme d’un flexible, atteint le carter d’entraînement 6 au niveau d’un couvercle 48 associé à ce carter d’entraînement. Ce couvercle 48 est fixé à la première paroi radiale 62 du carter d’entraînement 6, de manière à recouvrir, selon la direction longitudinale, l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16.
Le flexible formant la deuxième partie 44 est raccordé à un embout solidaire du couvercle et qui permet une communication fluidique entre le flexible et un canal interne au couvercle qui prolonge la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38. Ce canal interne débouche sur une portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16, cette jonction étant rendue étanche par un élément d’étanchéité fixé sur le couvercle et qui, dans le mode de réalisation représenté, est formé d’une bague à lèvre 51.
En d’autres termes, dans ce mode de réalisation, la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 s’étend ainsi du point de divergence 40 jusqu’à l’élément d’étanchéité associé au couvercle 48 et à la portion creuse 50 de l’arbre primaire, en étant réalisée successivement par un flexible externe aux différents carters de l’ensemble hybride de l’invention et par une canalisation formée au sein d’un couvercle recouvrant l’arbre primaire.
Le circuit de lubrification 38 s’étend par ailleurs dans la portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16, qui pour rappel est entrainé en rotation par la première machine électrique 4. La portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 comprend des ouvertures, ici non représentées, débouchant par une extrémité dans la portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 et par une extrémité opposée dans le carter de boîte de vitesses 10.
On comprend que le fluide de lubrification est projeté, au moyen desdites ouvertures, dans le carter de boîte de vitesses 10 et qu’il s’écoule ensuite jusqu’au fond précédemment évoqué dudit carter de boîte de vitesses 10. Le fluide de lubrification est alors prélevé par la pompe 36 et renvoyé dans le circuit de lubrification 38 cycliquement.
Il est à noter que la projection du fluide de lubrification depuis la portion creuse 50 est, lorsque l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 est entraîné en rotation, facilitée par la force centrifuge qu’exerce l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 sur le fluide de lubrification. De plus, la rotation de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 permet de projeter de façon uniforme le fluide de lubrification dans l’ensemble du carter de boîte de vitesses 10.
Tel qu’évoqué précédemment, dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le fluide de lubrification permet d’opérer un échange de chaleur avec la deuxième machine électrique 8 et de lubrifier la boîte de vitesses 12. Concernant la lubrification de la boîte de vitesses 12, le fluide de lubrification réalise cette fonction d’une part en s’écoulant par gravité depuis la deuxième machine électrique 8 et d’autre part en étant projeté depuis la portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 à travers les ouvertures évoquées.
Le refroidissement de la première machine électrique 4 est assuré, dans le mode de réalisation représenté, par un circuit d’eau 52, indépendant du circuit de lubrification et dans lequel circule un fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement circule dans la paroi du carter d’entraînement 6, et plus particulièrement dans les parois dudit carter d’entraînement 6 jouxtant le premier élément statorique 20 et le deuxième élément statorique 22.
On va maintenant décrire, en référence aux figures 3 à 5, un mode de réalisation particulier de l’invention dans lequel le refroidissement de la deuxième machine électrique 8 et la lubrification de la boîte de vitesses est toujours assurée par le fluide de lubrification circulant dans le circuit de lubrification 38, mais dans lequel par ailleurs le refroidissement de la première machine électrique 4 est également assuré par ce fluide de lubrification, moyennant une modification structurelle du circuit de lubrification.
Le circuit de lubrification 38 est notamment modifié en ce qu’il ne comporte plus un flexible extérieur aux carters mais est intégré dans les carters, avec notamment la deuxième partie 44 de ce circuit de lubrification 38 qui circule depuis le point de convergence 40 au sein de parois délimitant les carters et au sein des chambres 24, 26 de la première machine électrique 4.
Tel que visible sur la , le point de divergence 40 du circuit de lubrification 38 est situé dans la paroi du carter de boîte de vitesses 10. Conformément au mode de réalisation représenté par la , la première partie 42 du circuit de lubrification 38 s’étend dans la paroi du carter de boîte de vitesses 10 en direction de la deuxième machine électrique 8. Le fluide de lubrification est alors projeté en direction de la deuxième machine électrique 8 depuis les moyens de projection 46. Le fluide de lubrification opère alors un échange de chaleur avec la deuxième machine électrique 8 et s’écoule ensuite par gravité jusqu’aux pignons de la boîte de vitesses pour réaliser sa fonction de lubrification.
La deuxième partie 44 du circuit de fluide de lubrification s’étend cette fois, entre le point de divergence 40 et la paroi du carter d’entraînement 6, au sein de la paroi du carter de boîte de vitesses 10.
Au niveau de la jonction entre le carter d’entraînement 6 et le carter de boîte de vitesses 10, des moyens d’étanchéité sont mis en œuvre pour permettre la continuité de la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 de la paroi du carter de boîte de vitesses 10 à une paroi du carter d’entraînement 6 et plus particulièrement la paroi axiale 61 participant à délimiter radialement aussi bien la première chambre 24 et la deuxième chambre 26.
Cette portion de la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 entrant dans la paroi du carter d’entraînement 6 se sépare en une première branche 54 et une deuxième branche 56. La première branche 54 est reliée fluidiquement à la première chambre 24 du stator 18 de la première machine électrique 4 et la deuxième branche 56 est reliée à la deuxième chambre 26 de ce stator.
Il est à noter que la première branche 54 comprend au moins un premier trou débouchant par une extrémité dans la première branche 54 et par une extrémité opposée dans la première chambre 24. Similairement à la première branche 54, la deuxième branche 56 comprend un deuxième trou débouchant par une extrémité dans la deuxième branche 54 et par une extrémité opposée dans la deuxième chambre 26. Le cas échéant, des buses de projection peuvent être prévu en lieu et place des trous pour permettre la projection du fluide de lubrification sur les bobinages des éléments statoriques présents dans chaque chambre 24, 26.
On comprend que le premier élément statorique 20 et le deuxième élément statorique 22 opèrent chacun un échange de chaleur avec le fluide de lubrification qui vient directement au contact desdits éléments statoriques 20 et 22. Là encore, il est notable que le fluide de lubrification est un fluide diélectrique permettant de ne pas altérer le fonctionnement desdits éléments statoriques 20, 22.
Chaque chambre est remplie de fluide de lubrification, dans lequel baignent les éléments statoriques, le fluide de lubrification étant notamment retenu dans chaque chambre par les joints 25, 27 qui étanchéifient leur chambre respective au voisinage du disque rotorique 14. Le fluide de lubrification présent dans chaque chambre et monté en température par les calories récupérées à l’élément statorique correspondant est progressivement remplacé par le fluide de lubrification, à plus basse température arrivant par les ouvertures ou buses en bout des branches 54, 56. L’arrivée de fluide, sous pression, participe à pousser une partie du fluide présent dans chaque chambre pour permettre son remplacement au fur et à mesure.
Au moins une évacuation est prévue dans chaque chambre pour permettre la sortie d’une partie du fluide de lubrification.
Tel que cela est notamment illustré par des flèches visibles sur la , le fluide de lubrification présent dans la première chambre 24 sort de cette dernière, sous l’effet de la pression générée par du fluide arrivant spécifiquement dans cette chambre, par un conduit d’alimentation 65 ménagé à la fois dans la première paroi radiale 62 du carter d’entraînement 6 et dans le couvercle 48. Le fluide de lubrification poussé hors de la première chambre 24 est alors destiné à circuler dans le couvercle 48 pour ensuite, conformément à ce qui a été décrit en lien avec la , entrer dans la portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16.
Tel que cela est notamment illustré par des flèches visibles sur la , le fluide de lubrification présent dans la deuxième chambre 26 sort de cette dernière, sous l’effet de la pression générée par du fluide arrivant spécifiquement dans cette chambre, par un conduit de communication 58 ménagé dans la deuxième paroi radiale 63 du carter d’entraînement 6 et dans la paroi radiale du carter de boîte de vitesses 10, de telle sorte que le fluide de lubrification présent dans la deuxième chambre 26 est envoyé dans le carter de boîte de vitesses 10 pour lubrifier la boîte de vitesses 12, et plus particulièrement ici au sein d’un des arbres d’entraînement secondaires 30. Un plot 64 est formé en saillie de la paroi radiale du carter de boîte de vitesses 10 pour venir au contact de la deuxième paroi radiale 63 du carter d'entraînement 6, en regard de la partie du conduit de communication 58 formée dans la deuxième paroi radiale 63 du carter d’entraînement 6, le plot étant percé pour former une partie de ce conduit de communication 58. Il convient de noter que des moyens d’étanchéité sont également mis en œuvre à la jonction entre la paroi du carter d’entraînement 6 et la paroi du carter de boîte de vitesses 10, ici le plot 64, pour assurer une circulation étanche du fluide de lubrification au sein du conduit de communication 58.
Dans ce mode de réalisation, on peut de la sorte identifier une troisième partie 45 du circuit de lubrification 38 formé successivement par la deuxième branche 56, la deuxième chambre 26 du moteur d’entraînement axial et le conduit de communication 58. Cette troisième partie 45 permet de réguler la température d’une chambre de la première machine électrique 4 qui n’était pas régulée par la deuxième partie 44 du circuit de lubrification et permet en outre de lubrifier un arbre secondaire d’entraînement, non lubrifié par la deuxième partie 44 du circuit de lubrification.
Dans l’exemple illustré, il convient de noter que seul un orifice est formé dans la première chambre 24 pour communiquer avec le conduit d’alimentation 64 et que seul un orifice est formé dans la deuxième chambre 26 pour communiquer avec le conduit d’évacuation 58. On comprend toutefois que sans sortir du contexte de l’invention, chaque chambre pourrait être équipé de plusieurs orifices chacun communiquant avec un conduit d’alimentation ou un conduit d’évacuation. Notamment, un orifice pourrait être aménagé au voisinage de la paroi axiale délimitant les chambres qui est destinée à être disposé verticalement le plus bas lorsque l’ensemble hybride d’entrainement est monté sur le véhicule.
En d’autres termes, dans ce mode de réalisation illustré sur les figures 3 à 5, la deuxième partie 44 du circuit de lubrification 38 s’étend ainsi du point de divergence 40 jusqu’à l’élément d’étanchéité associé au couvercle 48 et à la portion creuse 50 de l’arbre primaire, en étant réalisée principalement au sein de parois de carters formant l’ensemble hybride de l’invention et par une canalisation formée au sein d’un couvercle recouvrant l’arbre primaire, chaque passage d’un carter à l’autre ou d’un carter au couvercle étant rendu étanche par des moyens appropriés.
Par ailleurs, la deuxième partie 44 du circuit de lubrification comporte en outre une zone tampon de fluide de lubrification formée dans la première chambre 24 de la première machine électrique 4, cette zone tampon étant alimentée par la première branche 54 et évacuée par le conduit d’évacuation 65.
Enfin, le circuit de lubrification se distingue en ce qu’une troisième partie 45 telle qu’évoquée s’étend en parallèle de la deuxième partie 44.
Ainsi, dans le mode de réalisation représenté sur les figures 3 à 5, le fluide de lubrification circulant dans les différentes parties du circuit de lubrification permet d’opérer un échange de chaleur avec la deuxième machine électrique 8 et d’opérer un échange de chaleur avec la première machine électrique 4, étant noté que ces régulations de température se font sensiblement en parallèle. Lors d’un même cycle, avant réinjection via la pompe 36, le fluide de lubrification utilisé pour échanger des calories avec la première machine électrique n’a pas été réchauffé par un passage préalable au sein de la deuxième machine électrique, et inversement. La régulation de température est ainsi particulièrement efficace pour les deux machines électriques car la température du fluide de lubrification au contact de ces machines électriques est sensiblement égale à sa température en sortie de l’échangeur de chaleur 13.
Par ailleurs, ce fluide de lubrification permet la lubrification de la boîte de vitesses 12 d’une part en s’écoulant par gravité depuis la deuxième machine électrique 8, d’autre part en étant projeté depuis la portion creuse 50 de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 16 à travers les ouvertures évoquées, et enfin en étant projeté depuis l’intérieur d’un arbre secondaire.
Ce mode de réalisation illustré sur les figures 3 à 5 est ainsi particulièrement avantageux en ce qu’un circuit de lubrification, interne à l’ensemble hybride d’entraînement et donc sans flexible externe pénalisant l’encombrement de l’ensemble hybride, permet de réguler efficacement la température de deux machines électriques distinctes et de lubrifier efficacement, car en étant introduit dans le carte depuis plusieurs zones, la boîte de vitesses.
La présente invention atteint bien le but qu’elle s’était fixée en proposant un ensemble hybride d’entraînement pour un véhicule dans lequel le refroidissement d’au moins l’une des machines électriques et la lubrification de la boîte de vitesses sont réalisés par un même circuit de lubrification. Une telle mutualisation du circuit de lubrification pour assurer à la fois le refroidissement et la lubrification permet d’augmenter la compacité de l’ensemble hybride et de réduire les risques de fuite qui pourraient survenir dans un ensemble hybride multipliant les circuits.

Claims (12)

  1. Ensemble hybride (2) d’entraînement pour un véhicule comprenant au moins une boîte de vitesses (12), une première machine électrique (4) et une deuxième machine électrique (8), la première machine électrique (4) étant logée dans un carter d’entraînement (6) de l’ensemble hybride (2), la deuxième machine électrique (8) et la boîte de vitesses (12) étant logées dans un carter de boîte de vitesses (10) de l’ensemble hybride (2), le carter d’entraînement (6) et le carter de boîte de vitesses étant distincts l’un de l’autre, l’ensemble hybride (2) comprenant un échangeur de chaleur (13) extérieur au carter d’entraînement (6) et au carter de boîte de vitesses (10), l’ensemble hybride (2) comprenant un système de lubrification comprenant au moins une pompe (36) et un circuit de lubrification (38), la pompe (36) étant configurée pour faire circuler un fluide de lubrification dans le circuit de lubrification (38), le circuit de lubrification (38) s’étendant au moins en partie à travers l’échangeur de chaleur (13) et le carter de boîte de vitesses (10).
  2. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de lubrification (38) s’étend au moins en partie dans une paroi du carter de boîte de vitesses (10), le circuit de lubrification (38) comprenant des moyens de projection (46) configurés pour projeter du fluide de lubrification en direction de la deuxième machine électrique (8).
  3. Ensemble hybride (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de lubrification (38) comprend au moins un point de divergence (40) au niveau duquel une première partie (42) du circuit de lubrification (38) s’étend en direction de la deuxième machine électrique (8) et une deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) s’étend en direction du carter d’entraînement (6).
  4. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) circule dans un arbre primaire de la boîte de vitesses (16) s’étendant au moins en partie dans le carter d’entraînement (6) et étant lié en rotation à la première machine électrique (4).
  5. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, dans lequel l’arbre primaire de la boîte de vitesses (16) s’étend selon une direction d’allongement principal longitudinale, l’extrémité longitudinale de l’arbre primaire de la boîte de vitesses (16) disposée dans le carter d’entraînement (6) étant recouverte par un couvercle (48) rapporté sur le carter d’entraînement (6), la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) s’étendant en partie dans le couvercle (48).
  6. Ensemble hybride (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, en combinaison avec la revendication 3, dans lequel au moins une portion de la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) est extérieure au carter d’entraînement (6) et au carter de boîte de vitesses (10).
  7. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 5, dans lequel l’au moins une portion de la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) extérieure au carter d’entraînement et au carter de boîte de vitesses est raccordée au couvercle.
  8. Ensemble hybride (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, en combinaison avec la revendication 3, dans lequel la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) est formée dans une paroi du carter de boîte de vitesses (10) et dans une paroi du carter d’entraînement (6).
  9. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, dans lequel la première machine électrique (4) comprend un rotor et un stator (18), le stator (18) comprenant un premier élément statorique (20) logé dans une première chambre (24) et un deuxième élément statorique (22) logé dans une deuxième chambre (26), la deuxième partie (44) du circuit de lubrification (38) s’étendant au moins en partie à travers l’une desdites chambres (24, 26).
  10. Ensemble hybride (2) selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 5, dans lequel l’une des chambres (24, 26) communique avec un conduit d’évacuation (65) débouchant dans le couvercle (48).
  11. Ensemble hybride (2) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’une des chambres (24, 26) communique avec un conduit de communication (58) débouchant dans le carter de boîte de vitesses (10).
  12. Véhicule comprenant un ensemble hybride (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
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