Brevet FR2467095A1 — publié le 19810417

Appareil d'entraînement pour engin à fonctionnement non stationnaire, notamment pour véhicule automobile. La présente invention se rapporte à un appareil d'entraînement pour engin à fonctionnement non stationnaire, en particulier pour vehicule automobile, comprenant au moins un moteur primaire, un volant d'inertie et un mécanisme additionneur par l'inter médiaire duquel l'arbre de sortie de l'appareil d'entraînement est accouplé au volant d'inertie et au moteur, le moteur pouvant etre ac couplé à l'arbre de sortie par voie purement mécanique et étant relié au mécanisme additionneur par l'intermédiaire d'un groupe convertisseur hydrostatique compose de deux machines à déplacement pouvant travailler dans les deux sens, au moins l'une de ces machines pouvant être accou plee a un accumulateur hydraulique. On connaît déjà un tel appareil d'entraînement par la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DE-OS 25 15 048. Une caracteristique importante de l'appareil d'entraînement déjà connu consiste dans le fait que le moteur primaire peut être accouple à l'arbre de sortie de cet appareil par l'intermédiaire d'un embrayage. Avec cet appareil déjà connu, la mise en réserve et la restitution de l'énergie de freinage peuvent certes s'effectuer avec un rendement relativement élevé et avec une dépense de moyens techniques de construction relativement faible, mais la quantité de l'énergie pouvant être accumulée et restituée reste contenue dans des limites relativement étroites qui, lorsqu'on les depasse, conduisent à nouveau à un mauvais rendement de l'appareil.L'appareil déjà connu est donc surtout avantageux pour l'entraînement de véhicules sur parcours relativement plats oX le fonctionnement a uniquement à accumuler et restituer, à l'occasion des freinages et accélérations du véhicule, des quantités d'énergie très limitées et qui se présentent avec une grande fréquence d'alternance. Le but de l'invention est de realiser un appareil d'entraînement du genre en question de telle manière que, même lorsqu'il s'agit d'accumuler de grandes quantités d'énergie telles que celles qui peuvent se présenter, par exemple, lorsqu'un véhicule parcourt de longs trajets en descente, on puisse obtenir un bon rendement d'accumulation et de restitution de l'énergie et, en même temps, réaliser un appareil d'une construction relativement simple. Suivant l'invention, ce problème est resolu par le fait que l'appareil d'entraînement comprend, intercalé entre le moteur primaire et ses autres groupes d'organes, soit un convertisseur hydrodynamique compléte d'un embrayage de court-circuitage, soit une boîte de vitesses complétée 9'un embrayage. Lorsqu'un véhicule automobile est équipe d'un appareil d'entraînement suivant l'invention, dans lequel le moteur, d'une part, et le volant d'inertie, d'autre part, agissent indépendamment l'un de l'autre sur l'arbre de sortie et avec lequel il est possible de doser continuellement la puissance transmise au volant d'inertie ou prélevée sur ce volant, ce vehicule peut être utilisé avec un très bon rendement en plaine aussi bien qu'en parcours accidenté. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'accumulateur hydraulique et une machine à déplacement peuvent être alternativement séparés du circuit hydraulique D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre et seront définis dans les revendications.Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est un schéma de principe d'une première forme de réalisation d'un appareil d'entraînement suivant l'invention; - la Fg. 2 -représer.te i.'lC forme da relié sation simplifiée de l'appareil d'entraînement suivant l'invention (conforme à la revendication 2); - la Fig. 3 represente un détail del'appa- reil d'entraînement représenté sur la Fig. 1 qui sert à expliquer le fonctionnement de cet appareil lorsque le véhicule circule en montée ou en descente; - la Fig. 4 représente un détail de l'appareil d'entraînement suivant la Fig. 1 qui sert à expliquer le rode de fonctionnement de l'appareil d'entraînement lors de la circulation d'un véhicule automobile en plaine;; - la Fig. 5 est un diagramme des vitesses de rotation servant à illustrer la variation de la vitesse de rotation du volant d'inertie d'une machine à déplacement (H1) du groupe convertisseur hydrostatique et de l'arbre de sortie de l'appareil d'entraînement lorsque cet appareil prélève de l'énergie sur le volant; - la Fig. 6 illustre la variation de pression qui se produit dans l'accumulateur hydraulique en fonction du temps t lorsqu';1 travaille en combinaison avec la machine à déplace- ment H1; et - la Fig. 7 represente l'appareil d'entraînement suivant la Fig. 1 mais avec un dispositif de régulation complet, toutes les liaisons du dispositif de régulation étant indiquees en traits interrompus. Dans l'appareil représente sur da Fig. 1, le convertisseur hydrodynamique HW constitue l'organe essentiel pour la transmission de l'énergie du moteur. Le convertisseur HW est muni d'un embrayage de court-circuitage ou de blocage K1, d'un embrayage de pompe K2 et d'un frein de stator B1. Les autres références utilises ont les significations suivantes : G = volant; UG = reducteur; S = mécanisme additionneur; H1, H2 = machine à déplacement (pouvant travailler en pompe ou en moteur); HD = accumulateur à haute pression; VG = pont; K1 à K4 = embrayages de commutation; B2, B3 = freins de commutation; K5, K6 = embrayages de commutation doubles; TA = essieu moteur (du véhicule). Lorsque le véhicule est à l'arrêt, l'embrayage de court-circuitage K1, l'embrayage K2 de la pompe et le frein de stator B1 sont desserres de sorte que le moteur M peut être lance de la façon habituelle. L'enfoncement de 1a pédale de l'accélérateur provioque, entre autres, le serrage de l'embrayage K2 de la pompe et du frein de stator B1, ce qui a pour consequence la transmission de l'énergie du moteur à l'essieu moteur TA. Le véhicule travaille dans le domaine d'action du convertisseur jusqu'au moment ou la vitesse de rotation de l'arbre de transmission est suffisamment élevée'pour qu'il soit possible d'accoupler directement le moteur M à l'essieu iA sans depasser la limite inferieure de la plage de régimes du moteur. A ce moment, le convertisseur est court-circuite ou bloqué, l'embrayage K2 de la pompe et le frein B1 du stator étant desserrés, tandis que l'embrayage de courtcircuitage K1 est serré. A partir de ce moment, l'énergie du moteur est transmise directement à l'essieu mcteur TA avec un rendement élevé. Dans l'étude de l'appareil, le point de court-circuitage est fixé à une vitesse de roulement du vehicule aussi faible que possible afin de maintenir aussi étroite- que possible la plage d'action du convertisseur, dont l'intervention se traduit par un rendement restreint. La transmission de l'énergie fournie par le volant ou à ce volant s'effectue differemment suivant que le véhicule roule en plaine ou sur parcours accidenté. La transmission de l'énergie, dans le cas de la circulation du vehicule en plaine, est représentée sur la Fig. 4. Pour le prélèvement de l'énergie sur le volant G, on doit partir des conditions de fonctionnement suivantes : le volant G tourne à grande vitesse, cette vitesse étant réduite, en partie, par le couple conique par l'intermédiaire duquel le volant G est accouplé à l'appareil d'entraînement et, en partie, dans le réducteur UG.Le frein B2 est serré -tandis que le frein- B3 est desserré, la vitesse de rotation réduite est transmise, par l'intermédiaire de la roue planétaire du mecanisme additionneur S et du porte-satellites fixe, à la couronne qui tourne dans le sens négatif et, de là, à la machine à déplacement H1. Tant que la machine à déplacement H1 est réglée sur la cylindrée nulle, aucune énergie n'est transmise. Pour permettre la transmission de l'énergie, il est nécessaire de disposer d'un couple de soutien ou de réaction sur la couronne du mécanisme additionneur S. Ce couple de soutien ou de réaction se manifeste sur la machine à déplacement H1 dès qu'elle est commutée sur le travail en pompe et que, de ce fait, elle refoule dans l'accumulateur à haute pression précontraint HD. Pendant le travail en pompe, la vitesse de rotation de la machine à déplacement H1 retombe à zéro, après quoi le sens de rotation s'inverse et cette macl.ine à déplacerent travaille en moteur.Plus la vitesse de rotation de la machine à déplacement H1 est faible, plus grande est la part de la puissance qui est transmise mécaniquement du volant G à l'essieu moteur TA. A la vitesse nulle de cette machine H1, la totalité de la puissance est transmise mécaniquement, c'est-à-dire avec un rendement élevé. La Fig. 5 illustre la variation des vitesses de rotation du volant G, de la machine à déplacement H1 et de l'arbre de sortie de l'appareil d'entraînement, qui constitue en même temps l'arbre de sortie du mécanisme additionneur S, dans le cas du prélèvement d'énergie sur le volant G. La variation de pression à l'in térieur de l'accumulateur à haute pression HD est illustrée sur la Fig. 6. L'accumulateur à haute pression HD n'accumule l'énergie transmise à travers le groupe convertisseur hydrostatique H1, H2 que pendant un temps bref, c'est-à-dire pendant les accélérations ou freinages du vehicule. De cette façon, il ne se produit que de très faibles pertes thermiques (compressionet.dtente adiabatiques) pendant les processus d'accumulation et de restitution, ce qui est d'une importance decisive pour la chaine de coefficients de rendement du groupe convertisseur hydrostatique. La relation entre la vitesse du volant G, celle de la machine hydrostatique H1 et celle de l'arbre de sortie est définie par l'équation suivante : n1 + i0 n3 = (i0 t 1) n2 ; dans cette équation n1 = nombre de tours réduit du volant G n2 = nombre de tours du porte-satellites du mecanisme additionneur S n3= nombre de tours de la machine à déplacement H1 i0 = rapport de transmission du mécanisme additionneur S. Les couples correspondants sont définis par les équations suivantes : Ml + M3 = M2 La Fig. 3 illustre la transmission de l'énergie dans l'appareil d'entraînement dans le cas de circulation en montee ou en descente. Sur la Fig. 3, on montre qu'en remplacement de l'accumulateur de haute pression HD, c'est la machine à déplacement H2 qui entre en act-ion. La machine à dépldceiiient 112 est accouplée, pdr l'intermédiaire d'un embrayage K4, à la roue planétaire du mecanisme additionneur S et, de ce fait, au volant G. La quantité de fluide refoulee par la machine à déplacement H1 qui travaille en pompe n'est plus accumulee dans l'accumulateur à haute pression HD mais envoyée à la machine à déplacement H2 qui, dans ce cas, travaille en moteur.Des que la machine à déplacement H1 passe au travail en moteur, la machine à deplacement H2 travaille en pompe. Les deux machines à déplacement forment ensemble un groupe convertisseur hydrostatique. La quantité d'énergie transmise par l'intermédiaire du groupe convertisseur hydrostatique n'est donc plus accumulée en accumulation intermédiaire dans l'accumulateur à haute pression HD mais dans le dolant d'inertie G. En raison de la double transformation de cette fraction de l'nergie, qui est transformée d'énergie mécanique en énergie hydraulique, revient à la forme mécanique puis une nouvelle fois à la forme hydraulique et est ensuite retransformée en énergie mécanique, on obtient un plus mauvais rendement que dans le mode de travail décrit plus haut en regard de la Fig. 4.Toutefois, lorsque le groupe d'entraînement est utilisé dans les parcours en montée du en descente, ce mode de travail est indispensable pour pouvoir accepter l'énergie à accumuler et à restituer. Suivant que le véhicule doit être utilisé en montagne (ou parcours accidenté) ou en plaine, ce sera donc, soit la machine à déplacement H1, soit l'accumulateur à haute pression HD qui sera utilisé. La Fig. 7 montre la commande et la régulation de l'appareil d'entraînement. Cet appareil est commandé à l'aide d'une pédale d'accélérateur GP, d'une pédale de freinage BP et d'un commutateur muni de plusieurs boutons de commutation. Les differents boutons du commutateur sont désignés comme suit T = position neutre (= stationnement) A = chargement du volant d'inertie v = marche avant R = marche arrière FE = parcours en plaine S/G = parcours accidenté RB = manoeuvre Tous ces éléments de commande agissent sur un régulateur R qui reçoit des signaux d'entrée additionnels provenant de divers capteurs S1 à S4.Les signaux d'entrée traités à l'intérieur de la logique de commande et de régulation sont transmis en qualité de signaux de sortie aux organes actionneurs périphériques 1(1-à K6, B1 à B3 et W1 à W6, aux appareils de réglage des machines à déplacement H1, H2, ainsi qu'à la pompe d'injection EP du moteur M. Le mode de fonctionnement de la commande et de la régulation de cette installation apparaîtra au cours de la description donnée ci-apres des différentes phases du fonctionnement. Mise en marche du véhicule Le moteur M est lancé de façon classique et travaille au ralenti tant que la touche P (stationnement) reste enfoncée. Dans cette position, les organes K1, K2, K3, K4, K5, K6, B1, B2 et B3 sont desserrés et les machines à déplacement H1 et H2 sont réglées sur la cylindrée nulle. Chargement du volant d'inertie Lorsqu'on enfonce la touche A (chargement de volant d'inertie), les organes K3 et B2 se serrent, les electrovannes sont commutes sur les positions de travail correspondantes et la machine H1 est reglée sur la cylindrée maximum. Le moteur est réglé sur une vitesse de rotation prédéterminée, la pompe H2 et, plus tard, également la pompe H1 sont mises dans des états tels que l'énergie puisse être transmise du moteur au volant d'inertie G de façon continue et progressive par l'intermédiaire de l'embrayage K3, des pompes H2 et H1, et du mecanisme additionneur S et du réducteur UG. Dès que l-e capteur de vitesse de rotation S2 annonce au régulateur R que la vitesse de rotation maximum a éte atteinte, le chargement du volant d'inertie est interrompu et l'état d'origine qui correspond à la position P ou position neutre se trouve retabli. Mise en marche à plat Le conducteur presse la touche FE et, par ce moyen,selectionne le mode de conduite désiré, (conduite en plaine AV 6 ainsi que la touche V, marche avant). Ceci a pour effet de serrer les organes B1, B2, K3 et K5 et de mettre les électrovannes dans les positions de travail correspondantes. Lorsque le conducteur enfonce la pedale d'ac celératiÙn GP, l'embrayage K2 est ega.ement strré t, ce ce fait, e convertisseur est mis en action de sorte que le moteur M transmet son énergie d'entraînement à l'essieu moteur TA du vehicule. Tant que la pedale d'accélérateur se trouve dans sa plage I-(environ 30 % du debit d'injection maximum), le moteur assure seul la fourniture de l'énergie d'entraînement. Lorsque la pédale d'accélérateur atteint sa plage II, le signal est transmis par l'intermédiaire du régulateur au dispositif de reglage de la machine à déplacement H1.Cette machine était déjà en mouvement lors du serrage des organes B2 et K5, dans le sens de rotation négatif et avec une cylindree nulle. Ell commence à travailler en pompe. Elle refoule de l'huile du réservoir dans l'accumulateur à haute pression HD et engendre de cette façon un couple de soutien ou reaction qui est transmis à la couronne du mécanisme additonneur S et, de ce fait, permet une transmission d'energie du volant à l'essieu moteur.Pendant la phase d'accélération, la vitesse de rotation de la machine H1, qui est nettement supérieure à celle du volant, décroît, puis atteint le point zéro (auquel la totalite de la puissance est transmise par voie purement mécanique avec le rendement maximum), puis le sens de rotation s'inverse et la machine travaille maintenant en moteur hydrostatique avec une vitesse croissante. Le convertisseur hydrostatique est court-circuité des que les vitesses de rotation permettent l'établissement d'une liaison directe entre le moteur et l'essieu moteur. K2 et B1 se desserrent et K1 se serre. Le signal de déclenchement de cette phase de commande est donné par le capteur S3. Conduite à vitesse stable. Lorsque le vehicule a atteint la vitesse désirée, et que la pédale d'accélérateur a été ramenée dans sa première plage, la machine à déplacement H1 est mise en position de cylindrée nulle. Par conséquent, la transmission de l'énergie du volant à l'essieu moteur est interrompue, le véhicule est entraîné uniquement par le moteur diesel, avec le convertisseur court-circuité. Freinage. L'enfoncement de la pédale de frein provoque : la désolidarisation du moteur diesel M (K1, K2, K3, se desserrent), l'actionnement des électrovannes, et la mise en action de la machine à déplacement H1 en pompe. Le couple de freinage est determiné par l'angle d'inclinaison du plateau de la machine à deplacement H1 et la contre-pression existant dans l'accumulateur à haute pression HD à l'instant considére. Le couple de soutien ou réaction transmis par la machine H1 à la couronne du mécanisme additionneur S lors due son travail en pompe puis en moteur, permet une transmission continue et progressive de l'énergie cinétique du véhicule au volant. Une fraction d'tnviron 75 % de l'énergie de freinage qui apparaît à l'entré du mécanisme additionneur est transmise au volant d'inertie par voie purement mécanique avec un rendement élevé.La fraction restante de 25 % est transmise par la machine hydrostatique H1 travaillant en pompe à l'accumulateur à haute pression HD et, ensuite, elle est retransmise au volant d'inertie à nouveau par l'intermédiaire de la machine à déplacement H1 qui travaille cette fois en moteur. Arrêts. Le rechargement du volant d'inertie au cours des arrêts est à éviter aussi bien pour des raisons énergétiques que pour les considérations de protection de l'environnement. En pratique, il n'est malheureusement pas possible d'éviter entièrement la nécessité de recharger le volant d'inertie de temps à autre, du moins en fin de parcours. Le chargement s'effectue automatiquement par le moteur, les embrayages lys3, K4 et par l'intermédiaire du réduc teur UG. Le signal pour ce rechargement n'est plus donné par l'enfoncement de la touche A par le conducteur mais par les capteurs S3 (le vehicule est immobile) et S2 (1-e volant a atteint sa vitesse de rotation minimum). Manoeuvre ou entraînement purement hydrostatique. Cet état d'entraînement signifie essentiel lement la désolidarisation du volant d'inertie. La pression de la touche RB (manoeuvre) provoque le serrage des organes K3, K5 et 132, tandis que tous les autres organes restent desserrés et que les électro vannes sont mises dans la position qui correspond au travail des machi nes à déplacement en circuit fermé. Pour la marche avant, le conducteur presse la touche V et, pour la marche arrière, il presse la touche R. Lor;- qu'il enfonce la pédale d'accélérateur, la machine H1 est mise à sa cylindree maximum puis la machine H2 est mise de même à sa cylindrée maximum, de sorte qu'il se produit une transmission de puissance hydro statique classique entre le moteur et l'essieu moteur par I'intermé- diarie de la pompe H2, du moteur hydrostatique H1 et du mecanisme addi tionneur S qui, dans ce cas, n'exerce que la fonction d'un étage ré ducteur. Dans le cas d'un loader G.H.H. il est avantageux de prévoir deux étages de réduction, le deuxième étage pouvant être mis en action par le serrage de l'embrayage K6 et le desserrage de l'embrayage K5. Marche sur parcours accidentés. La topographie du trajet influe d'une façon décisive sur le dimensionnement des composants, en premier lieu sur celui du volant d'inertie G et du moteur M. C'est pourquoi le calcul des dimensions de ces composants est exécuté en fonction du maximum d'énergie de freinage à accumuler dans le volant d'inertie et en fonction de la valeur maximum de la puissance qu'on doit exiger du moteur. La commutation du mode de travail pour passer du parcours en plaine (AV 6) au parcours accidenté (AV 3) s'effectue à l'aide de la touche S/G (parcours en montée et descente). L'enfoncement de cette touche provoque essentiellement la mise hors circuit de l'accumulateur à haute pression HD et la mise en action de la machine H2, l'embrayage K3 étant desserré, l'embrayage K4 étant serré et les électrovannes étant mises en position de circui-t fermé. Lorsqu'on enfonce l'accélérateur dans la première plage de la course de la pédale, seul le moteur primaire est mis en marche tandis que, dans la deuxième plage le volant d'inertie est également mis en action. -H1 travaille comme précédemment tout d'abord en pompe (H2 en moteur) puis en moteur (H2 en pompe). Dans le cas d'une longue montée, lorsque le volant d'inertie est vidé de son énergie et par conséquent désaccouplé, il s'établit la phase de travail qui a été décrite plus haut sous le titre "manoeuvre", s'il n'est pas possible d'accoupler directement le moteur à l'essieu moteur. La même choya se produit en principe lors du freinage. Lorsqu'on presse la pédale de frein, le moteur est désaccouplé, par desserrage de l'embrayage K1 et mise de la machine H1 sur le travail en pompe (H2 travaillant en moteur), ce qui permet une transmission continue de l'énergie de l'essieu moteur au volant d'inertie. Lors du freinage du véhicule sur un parcours en pente, il pourrait se présenter une situation dans laquelle le volant serait entièrement chargé sans qu'on ait atteint un parcours plat ou une montée. Dans ce cas, le capteur S2 signale qu'on l atteint la limite supérieure de vitesse de rotation du volant, le regulateur provoque le serrage de l'embrayage K1 (frein moteur) et la mi(e des deux machines à déplacement en état de cylindrée nulle (volant d'inertie désaccouplé). La mise en action du frein à friction du véhicule s'effectue par l'intermédiaire de la pédale de frein lorsque cette dernière est enfoncée à fond. REVENDICATIONS 10) - Appareil d'entraînement pour engin à fonctionnement non stationnaire, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins un moteur primaire (M)-, un volant d'inertie (G) et un mecanisme additionneur (S) par l'intermédiaire duquel l'arbre de sortie de l'appareil d'entraînement est accouplé au volant d'inertie (G) et au moteur primaire (M), ce moteur pouvant être accouplé à l'arbre de sortie par voie purement mécanique et étant relié au mécanisme additionneur (S) par l'intermédiaire d'un groupe convertisseur hydrostatique composé de deux machines a déplacement (H1, H2) pouvant travailler dans les deux sens, au moins l'une de ces machines pouvant être accouplee à un accumulateur hydraulique (HD), cet appareil d'entraînement étant caractérisé en ce qu'un convertisseur hydrodynamique (HW) équipé d'un embrayage de court-circuitage (K1) est intercalé entre le moteur primaire (M) et les autres groupes d'organes de l'appareil. 2") - Appareil d'entraînement pour engin à fonctionnement non stationnaire, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins un moteur primaire (M), un volant d'inertie (G) et un mecanisme additionneur (S) par l'intermédiaire duquel l'arbre de sortie de l'appareil d'entraînement est accouple au volant d'inertie (G) etau moteur primaire (M), ce moteur pouvant être accouplé à l'arbre de sortie par voie purement ;necanique et étant relié au mécani,::,re addit.onneur par l'intermédiaire d'un groupe convertisseur hydrostatique composé de deux machines à déplacement (H1, H2) pouvant travailleur dans les deux sens, au moins l'une de-ces machines pouvant être accouplée à un accumulateur hydraulique (ho), cet appareil d'entraînement étant caractérisé en ce qutune boîte de vitesses (SG) équipee d'un embrayage (K) est intercale entre le moteur primaire (M) et les autres groupes d'organes de l'appareil d'entraînement. 30) - Appareil d'entraînement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur primaire (M) peut être accouplé au groupe conveetisseur hydrostatique (H1, H2) par voie mécanique directe au moyen d'tin embrayage (K3). 40) - Appareil d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le moteur primaire (M) peut être accouplé au groupe convertisseur hydrostatique (H1, H2) par l'intermédiaire du mécanisme additionneur (S). 50) - Appareil d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1à 4, caractérisé en ce que l'accumulateur hydraulique (HD) est un accumulateur à haute pression. 60 - Appareil d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise en ce que l'accumula -teur hydraulique (HD) peut être désolidarisé du groupe convertisseur hydrostatique (H1, H2), notamment lorsque le véhicule parcourt des montées ou des descentes. 7 ) - Appareil d'entraînement suivant l'unequelconque des revendications 1 à 6, caracterize en ce qu'une machine à déplacement (H2) peut être désolidarisée du circuit hydraulique, notamment en circulation normale, en plaine. 80) - Appareil d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7,- caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur pour désolidariser l'accumulateur hydraulique (ho); et une machine à déplacement (H2) du circuit hydraulique.