WO2013117463A1 - Transmission hybride pour vehicule automobile avec entrainement du compresseur de climatisation - Google Patents

Transmission hybride pour vehicule automobile avec entrainement du compresseur de climatisation Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of hybrid transmissions for motor vehicles comprising on the one hand a driving heat engine, and on the other hand an electric machine.
  • a hybrid transmission for a motor vehicle equipped with a heat engine and an electric drive machine having two concentric primary shafts each carrying at least one pinion on a secondary shaft connected to the wheels of the vehicle. , and a coupling means between the two primary shafts can occupy several positions.
  • GB 2 383 313 discloses a hybrid transmission, whose kinematic chain has a disengageable mechanism from the main transmission chain, for driving an accessory, such as an air conditioning compressor.
  • this transmission has only one primary shaft connected simultaneously to the engine and the electric machine. It therefore does not allow to drive the compressor by the electric machine independently of the engine. His interest is therefore limited. In particular, it does not allow to drive the compressor when the engine is cut, whether in an electric or hybrid mode or at a standstill, in a thermal mode associated with an automatic restart function of the type "Stop and start".
  • the present invention aims to ensure the driving of the vehicle, in all modes of operation, pure electric, thermal, hybrid, or even battery charging by the engine.
  • the primary shaft coupled to the electric machine is also coupled to a disengageable air conditioning compressor.
  • the heat engine is connected to a solid primary shaft, and the electric machine and the compressor are connected to a hollow primary shaft, and the air conditioning compressor is driven by a countershaft which is supported by bearings by the crankcase. of the transmission.
  • Figure 1 is an architecture diagram of the proposed transmission
  • FIG. 2 illustrates the compressor drive in electrical mode
  • FIG. 3 illustrates the drive of the compressor by the electric machine in hybrid mode
  • FIG. 4 illustrates the drive of the compressor by the heat engine in hybrid mode
  • FIG. 5 illustrates the compressor drive in thermal mode
  • Figure 6 shows the compressor drive in stop mode
  • the transmission illustrated in the figures comprises a solid primary shaft 1 connected directly via a filtration system (damping hub, "damper”, double flywheel or other) 2, the flywheel 3 of a heat engine (not shown)
  • the solid shaft 1 carries a pinion 4 which can be connected thereto by a first coupling system 5 (clutch, synchronizer, or other type of progressive coupler or not).
  • a hollow primary shaft 6 is connected to the rotor of an electric machine 7, preferably (but not necessarily) of the disc type axial type machine. Other types of electrical machine can also be used, for example radial machines, magnet or excitation coil, or reluctance machines.
  • the hollow shaft 6 carries two fixed pinions 8, 9.
  • the hollow shaft 6 can be connected to the solid primary shaft 1 by means of the coupling system 5.
  • a secondary shaft 10 carries two idle gears 11 and 12. connecting the idle gears 11, 12 to the secondary shaft via a second coupling system 13 (clutch, synchronizer, or other type of progressive coupler or not).
  • the secondary shaft 10 also carries a fixed gear 14 and a down gear 15 to a differential 16 connected to the wheels (not shown) of the vehicle.
  • the hollow primary shaft 6, coupled to the electric machine is also coupled to a disengageable air conditioning compressor 17 by a countershaft 18 which is supported by bearings 19 by the casing 21 of the transmission.
  • the countershaft 18 is driven by the hollow primary shaft 6, from a return pinion 22 thereof.
  • the mechanical connection between the latter and the countershaft 18 is provided for example by a chain 23, or a gear.
  • the drive of the compressor 17 can be interrupted by a cut-off clutch 24 housed for example inside the casing 17a of the compressor 17. In a variant of the invention (not shown), the cut-off clutch can be arranged on the drive shaft 18 outside the compressor housing 17a.
  • the first coupling means 5 can occupy at least three positions in which: the thermal engine is decoupled from the kinematic chain (position 1 illustrated in FIGS. 1, 2 and 6),
  • the heat engine drives the wheels (position 2 illustrated in FIG. 5), and
  • the heat engine and the electric machine 7 are coupled so as to add in the direction of the wheels their respective pairs (position 3 illustrated in Figures 3 and 4).
  • the sources of energy, thermal and electrical can thus be combined in a so-called hybrid mode, or be used separately, either in a "pure thermal mode” where the electric machine does not provide torque to the power train, or in a “pure electric” mode, where the heat engine does not provide torque to the power train. It is also possible to start the engine at a standstill or while driving, by using the electric machine as a starter, or to use the electric machine as a power generator, to charge the batteries.
  • the first coupling means 5 is in position 1, and the second coupling means engages the shortest ratio idler gear on the secondary shaft 10.
  • the transmission is in electrical mode, on the first gear ratio. forward.
  • the compressor is driven directly by the electric machine 7. It is the same on the second forward gear (not shown) where the second coupling means rotates the second gear 11, with the secondary shaft 10.
  • the first coupling means 5 In hybrid mode, the first coupling means 5 is in position 3.
  • the heat engine and the electric machine 7 are connected to the wheel.
  • the compressor 17 can be driven by the electric machine 7, as in Figure 2, or by the engine.
  • the position of the second coupling means 13 is that of the most short, the transmission is on the first report.
  • the compressor can be driven under the same conditions when the second coupling means changes position to engage the second gear.
  • the first coupling means 5 In thermal mode (see FIG. 5), the first coupling means 5 is in position 2. Only the heat engine is coupled to the wheel, on the third gear. The compressor 17 is driven by the electric machine, independently of the heat engine. The second coupling means 13 is then in position 1.
  • stop mode that is to say stopped vehicle with the engine off
  • the compressor 17 is driven by the electric machine.
  • the compressor 17 can thus be driven directly by the electric machine 7 in electric mode, in hybrid mode or in thermal mode, even when the vehicle is immobilized with the engine off. It can be driven by the engine or the electric machine when the vehicle is in hybrid mode.
  • the compressor can be driven by the engine or by the electric machine on these first two reports.
  • the present invention makes it possible to reduce the cost of the air conditioning system by replacing the electric compressor with a mechanical compressor.
  • the fact that the air conditioning compressor is coupled to the shaft of the electric machine, allows in particular:
  • the air conditioning compressor can be fixed displacement or variable, but it must always be equipped with a clutch, to decouple in case of non-use and in reverse (provided by the electric machine).
  • the proposed architecture provides a degree of freedom for driving the mechanical compressor, depending on the drive mode of the vehicle:
  • the air conditioning system can work in all or nothing thanks to the use of the clutch, the compressor undergoing the speed of the electric machine,
  • the air conditioning system works all or nothing thanks to the use of the clutch, the compressor undergoing the common regime of the primary shafts resulting from the energy distribution between the electric machine, the engine and the wheels,
  • control system will control the speed of the machine so that the compressor operates in its optimal conditions.
  • the choice to drive the compressor by the engine or by the electric machine in hybrid mode is undergone by the control system of the air conditioning loop of the vehicle according to the mechanical power consumed in one or the other. 'other case.
  • the speed of the electric machine can also be controlled to optimize the operation of the compressor in thermal mode and in stop mode.

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Description

TRANSMISSION HYBRIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE AVEC
ENTRAINEMENT DU COMPRESSEUR DE CLIMATISATION
La présente invention se rapporte au domaine des transmissions hybrides pour véhicules automobiles comportant d'une part un moteur thermique d'entraînement, et d'autre part une machine électrique.
Plus précisément, elle a pour objet une transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique et d'une machine électrique d'entraînement comportant deux arbres primaires concentriques portant chacun au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule, et un moyen de couplage entre les deux arbres primaires pouvant occuper plusieurs positions.
En l'absence de dispositions particulières, ce type de transmission hybride ne permet pas d'entraîner le compresseur de climatisation du véhicule, qui doit alors disposer de son propre système d'entraînement électrique.
Par la publication GB 2 383 313, on connaît une transmission hybride, dont la chaîne cinématique présente un mécanisme débrayable à partir de chaîne principale de transmission, pour l'entraînement un accessoire, tel qu'un compresseur de climatisation.
Toutefois, cette transmission ne comporte qu'un seul arbre primaire relié simultanément au moteur thermique et à la machine électrique. Elle ne permet donc pas d'entraîner le compresseur par la machine électrique indépendamment du moteur thermique. Son intérêt est donc limité. En particulier, elle ne permet pas d'assurer l'entraînement du compresseur lorsque le moteur thermique est coupé, que ce soit dans un mode électrique ou hybride ou à l'arrêt, dans un mode thermique associé à une fonction de redémarrage automatique du type « stop and start ».
La présente invention vise à assurer l'entraînement du véhicule, dans tous les modes de fonctionnement, électrique pur, thermique, hybride, ou encore recharge de batterie par le moteur thermique.
Dans ce but, elle propose que l'arbre primaire couplé à la machine électrique, soit également couplé à un compresseur de climatisation débrayable.
De préférence, le moteur thermique est lié à un arbre primaire plein, et la machine électrique et le compresseur sont liés à un arbre primaire creux, et le compresseur de climatisation est entraîné par un arbre de renvoi qui est supporté par des roulements par le carter de la transmission .
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 est un schéma d' architecture de la transmission proposée,
- la figure 2 illustre l'entraînement du compresseur en mode électrique,
- la figure 3 illustre l'entraînement du compresseur par la machine électrique en mode hybride,
- la figure 4 illustre l'entraînement du compresseur par le moteur thermique en mode hybride,
- la figure 5 illustre l'entraînement du compresseur en mode thermique, et
la figure 6 illustre l'entraînement du compresseur en mode stop
La transmission illustrée par les figures comporte un arbre primaire plein 1 connecté directement par l'intermédiaire d'un système de filtration (moyeu amortisseur, « damper », double volant ou autre) 2, au volant d'inertie 3 d'un moteur thermique (non représenté) . L'arbre plein 1 porte un pignon fou 4 pouvant être connecté avec celui-ci par un premier système de couplage 5 (crabot, synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non) . Un arbre primaire creux 6 est relié au rotor d'une machine électrique 7, de préférence (mais non obligatoirement) de type machine type axial discoïde. D' autres types de machine électrique sont également utilisables, par exemple des machines radiales, à aimant ou à bobine d'excitation, ou des machines à réluctance. L'arbre creux 6 porte deux pignons fixes 8, 9. L'arbre creux 6 peut être relié à l'arbre primaire plein 1 par intermédiaire du système de couplage 5. Un arbre secondaire 10 porte deux pignons fous 11 et 12. On peut relier les pignons fous 11, 12 à l'arbre secondaire par l'intermédiaire d'un deuxième système de couplage 13 (crabot, synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non) . L'arbre secondaire 10 porte également un pignon fixe 14 et un pignon de descente 15 vers un différentiel 16 relié aux roues (non représentées) du véhicule. L'arbre primaire creux 6, couplé à la machine électrique est également couplé à un compresseur de climatisation débrayable 17 par un arbre de renvoi 18 qui est supporté par des roulements 19 par le carter 21 de la transmission. L'arbre de renvoi 18 est entraîné par l'arbre primaire creux 6, à partir d'un pignon de renvoi 22 de celui-ci. La liaison mécanique entre ce dernier et l'arbre de renvoi 18 est assurée par exemple par une chaîne 23, ou un engrenage. L'entraînement du compresseur 17 peut être interrompu par un embrayage de coupure 24 logé par exemple à l'intérieur du carter 17a du compresseur 17. Dans une variante de l'invention (non représentée), l'embrayage de coupure peut être disposé sur l'arbre d'entraînement 18 à l'extérieur du carter de compresseur 17a.
Le premier moyen de couplage 5 peut occuper au moins trois positions dans lesquelles : le moteur thermique est découplé de la chaîne cinématique (position 1 illustrée par les figures 1, 2 et 6) ,
- le moteur thermique entraîne les roues (position 2 illustrée par la figure 5) , et
- le moteur thermique et la machine électrique 7 sont couplés de manière à additionner en direction des roues leurs couples respectifs (position 3 illustrée par les figures 3 et 4 ) .
Les sources d'énergies, thermique et électrique, peuvent ainsi se cumuler dans un mode dit hybride, ou être utilisées séparément, soit dans un « mode thermique pur » où la machine électrique ne fournit pas de couple à la chaîne de traction, soit dans un mode « électrique pur », où le moteur thermique ne fournit pas de couple à la chaîne de traction. Il est également possible de lancer le moteur thermique à l'arrêt ou en roulage, en utilisant la machine électrique comme démarreur, ou d'utiliser la machine électrique en générateur de courant, pour charger les batteries.
Sur la figure 2, le premier moyen de couplage 5 est en position 1, et le deuxième moyen de couplage engage le pignon fou du rapport le plus court sur l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode électrique, sur le premier rapport de marche avant. Le compresseur est entraîné directement par la machine électrique 7. Il en est de même sur le deuxième rapport de marche avant (non représenté) où le deuxième moyen de couplage lie en rotation le pignon de deuxième 11, avec l'arbre secondaire 10.
En mode hybride, le premier moyen de couplage 5 est en position 3. Le moteur thermique et la machine électrique 7 sont liés à la roue. Le compresseur 17 peut être entraîné par la machine électrique 7, comme sur la figure 2, ou par le moteur thermique. Sur les figures 3 et 4, la position du deuxième moyen de couplage 13 est celle du rapport le plus court, la transmission est sur le premier rapport. Le compresseur peut être entraîné dans les mêmes conditions lorsque le deuxième moyen de couplage change de position pour engager le deuxième rapport.
En mode thermique (cf. figure 5), le premier moyen de couplage 5 est en positon 2. Seul le moteur thermique est couplé à la roue, sur le troisième rapport. Le compresseur 17 est entraîné par la machine électrique, indépendamment du moteur thermique. Le deuxième moyen de couplage 13 est alors en position 1.
Enfin, en mode stop, c'est-à-dire véhicule arrêté avec le moteur thermique coupé, le compresseur 17 est entraîné par la machine électrique.
Le compresseur 17 peut ainsi être entraîné directement par la machine électrique 7 en mode électrique, en mode hybride ou en mode thermique, y compris lorsque le véhicule est immobilisé avec le moteur thermique à l'arrêt. Il peut être entraîné par le moteur thermique ou par la machine électrique lorsque le véhicule est en mode hybride.
Grâce aux deux pignons de descente 8, 9 du primaire creux 6 sur des pignons fous 12, 11 qui peuvent être couplés sur l'arbre secondaire 10, pour obtenir deux premiers rapports de la transmission, le compresseur peut être entraîné par le moteur thermique ou par la machine électrique sur ces deux premiers rapports.
En conclusion, la présente invention permet de réduire le coût du système de climatisation en remplaçant le compresseur électrique par un compresseur mécanique. Le fait que le compresseur de climatisation soit couplé à l'arbre de la machine électrique, permet notamment :
• d'entraîner le compresseur directement par la machine en mode électrique,
• d'entraîner le compresseur par la machine électrique ou par le moteur thermique en mode hybride, • d'entraîner le compresseur par la machine électrique indépendamment du moteur thermique en mode thermique (seul le moteur thermique couplé à la roue) , ou
• d'entraîner le compresseur par la machine électrique en mode stop.
Le compresseur de climatisation peut être à cylindrée fixe ou variable, mais il doit toujours être équipé d'un embrayage, pour le découpler en cas de non utilisation et en marche arrière (assurée par la machine électrique) .
L'architecture proposée assure un degré de liberté pour le pilotage du compresseur mécanique, selon le mode d'entraînement du véhicule :
• en mode électrique : le système de climatisation peut fonctionner en tout ou rien grâce à l'utilisation de l'embrayage, le compresseur subissant le régime de la machine électrique,
• en mode hybride, le système de climatisation fonctionne en tout ou rien grâce à l'utilisation de l'embrayage, le compresseur subissant le régime commun des arbres primaires résultant de la répartition énergétique entre la machine électrique, le moteur thermique et les roues ,
• en mode thermique et en mode stop, le système de contrôle pilotera le régime de la machine pour que le compresseur fonctionne dans ses conditions optimales.
En conclusion, le choix de d'entraîner le compresseur par le moteur thermique ou par la machine électrique en mode hybride est subi par le système de contrôle de la boucle de climatisation du véhicule en fonction de la puissance mécanique consommée dans l'un ou l'autre cas. Le régime de la machine électrique peut aussi être piloté pour optimiser le fonctionnement du compresseur en mode thermique et en mode stop.

Claims

REVENDICATIONS
1. Transmission hybride pour véhicule automobile, comportant deux arbres primaires (1, 6) concentriques reliés respectivement au moteur thermique et à une machine électrique (7) d'entraînement du véhicule portant chacun au moins un pignon de descente (4, 8, 9) sur un arbre secondaire (10) relié aux roues du véhicule, et un moyen de couplage (5) entre les deux arbres primaires (1, 6) pouvant occuper au moins trois positions, caractérisée en ce que l'arbre primaire couplé à la machine électrique est également couplé à un compresseur de climatisation (17) débrayable .
2. Transmission hybride selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur thermique est lié à un arbre primaire plein (1) et en ce que la machine électrique (7) et le compresseur (17) sont liés à un arbre primaire creux ( 6) .
3. Transmission hybride selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le compresseur de climatisation
(17) est entraîné par un arbre de renvoi (18) qui est supporté par des roulements (19) par le carter (21) de la transmission .
4. Transmission hybride selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'arbre de renvoi (18) est entraîné par l'arbre primaire creux (6), à partir d'un pignon de renvoi (22) de celui-ci.
5. Transmission hybride selon la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison entre le pignon de renvoi (22) de l'arbre primaire creux (6) et l'arbre de renvoi
(18) est assurée par une chaîne (23) .
6. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entraînement du compresseur (17) peut être interrompu par un embrayage de coupure (24) logé à l'intérieur du carter (17a) du compresseur (17).
7. Transmission hybride selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'entraînement du compresseur (17) peut être interrompu par un embrayage de coupure (24) disposé sur l'arbre d'entraînement (18) à l'extérieur du carter de compresseur (17a) .
8. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compresseur (17) est entraîné directement par la machine électrique (7) en mode électrique, en mode hybride ou en mode thermique, y compris lorsque le véhicule est immobilisé avec le moteur thermique à l'arrêt.
9. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compresseur (17) peut être entraîné par le moteur thermique ou par la machine électrique (7) lorsque la transmission est en mode hybride.
10. Transmission hybride selon l'une des revendications 2 à 9 comportant deux pignons de descente
(8, 9) du primaire creux (6) sur des pignons fous (12, 11) pouvant être couplés sur l'arbre secondaire (10), pour obtenir deux premiers rapports de transmission, caractérisée en ce que le compresseur (17) peut être entraîné par le moteur thermique ou par la machine électrique (7) sur ces deux premiers rapports.
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