Brevet FR2495224A1 — publié le 19820604

i La présente invention concerne un groupe moteur comportant plusieurs moteurs à combustion interne, qui peuvent être accouplés, par l'intermédiaire de roues libres et de boîtes de vitesses, à un arbre de sortie commun pour former une ligne de transmission d'énergie motrice. Du fait de la densité actuelle du trafic, jus- qu'à 80 % des véhicules roulent en moyenne à moins du quart de la puissance maximale. On sait utiliser, pour l'entraînement de navires qui marchent avantageusement à deux allures différentes, des moteurs de puissance différente qui peuvent être sélec- tivement accouplés, par l'intermédiaire d'embrayages comman- dés, avec l'arbre d'hélice (brevet allemand DE 1 276 491). On connaît, en outre, un dispositif d'entraîne- ment pour véhicules de chemin de fer comportant deux moteurs à combustion interne dont les vilebrequins tournent à la même vitesse mais qui ont cependant des puissances diffé- rentes, auquel cas il est prévu dans la ligne de transmis- sion entre chaque moteur et le véhicule, avant le mécanisme commun de changement de vitesses et de sens de marche, un accouplement à roue libre. Le sens de rotation active des deux accouplements à roues libres est choisi d'une manière connue de façon qu'à chaque fois l'un des accouplements transmette de l'énergie tandis que l'autre fonctionne à roue libre. Cependant, de tels agencements présentent l'in- convénient que le moteur à combustion interne mis hors service s'immobilise et doit ensuite redémarrer lorsqu'il est à nouveau mis en service. Cela consomme de l'énergie. En outre, on connaît également des moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres comportant un vilebrequin et un système pour arrêter la combustion dans quelques cylindres. La mise hors service de quelques cylindres est compliquée et coûteuse. Dans des moteurs à essence, il se produit, en outre, en charge partielle, par suite de la régulation de débit dans le tube d'admission, une dépres- sion créant une augmentation de la perte d'énergie par alternance de mise en charge des cylindres. L'invention a pour but d'améliorer la commuta- tion entre un moteur à combustion interne et un autre dans le cas d'un groupe à plusieurs moteurs, de telle sorte qu'on puisse obtenir de plus faibles pertes mécaniques et fluidiques par rapport aux agencements connus à deux moteurs et par rapport à des moteurs à combustion interne à cylindres pouvant être mis hors service. Ce problème est résolu en ce que, en addition à la ligne de transmission d'énergie motrice, les différents moteurs à combustion interne peuvent être reliés entre eux également à l'aide d'une autre ligne d'entraînement, constituée par des étages de faible rapport de boites de vitesses et des accouplements à roues libres et n'interve- nant oue dans la direction de transmission de force qui est opposée à la direction de transmission d'énergie motrice, et en ce que, dans le cas de moteurs disposés mécaniquement en parallèle ou en série, les arbres de sor- tie de deux moteurs placés respectivement en parallèle ou en série sont reliés à deux étages de boites de vitesses de rapports différents, placés en parallèle avec des sens opposés de transmission de force et dont, grâce à une alternance de disposition, des accouplements à roues libres, un seul étage de boite agit dans chaque sens de transmis- sion de force. Les différents moteurs de tels groupes sont accouplés entre eux par l'intermédiaire de boîtes de vitesses. Lorsque la totalité du groupe fonctionne en charge partielle, on ne fait intervenir que le nombre de moteurs suffisant pour fournir la puissance nécessaire. Les autres moteurs sont entrainés à plus basse vitesse qu'en charge. La perte de puissance de chacun d'eux est réduite en proportion à la baisse de vitesse de rotation. Lorsqu'un moteur à combustion interne est entraîné (coupure de carburant ou de l'allumage), son couple de frottement ne varie pratiquement pas. Ce n'est que lorsque la vitesse de rotation est modifiée que l'énergie de frottement varie (couple de frottement x vitesse de rotation). Même lorsque les chambres de combustion des moteurs entratnés ne sont pas alimentées en air, leur perte d'énergie par alternance de remplissage n'est pratiquement pas sensible du fait de la réduction de vitesse de rotation. Avec le groupe à plusieurs moteurs conforme à l'invention, il est possible de réduire les pertes par frottement en charge partielle; pour un couple de frot- tement approximativement de grandeur constante, le rapport entre le couple effectivement produit à la sortie et le couple de frottement est plus favorable. En conséquence, lorsque le groupe fonctionne en charge nulle-et en charge partielle, la consommation de carburant, et par conséquent l'émission de produits nocifs, sont considérablement dimi- nuées sans qu'on enregistre une perte de couple de puis- sance. Pour diminuer la puissance d'entraînement (plus basse vitesse de rotation du moteur entratné), il est néces- saire d'interposer à chaque fois entre deux moteurs deux étages de botte, avec chacun desquels un accouplement à roue libre puisse agir dans la direction correspondante afin que les étages différents ne se bloquent pas mutuel- lement et que chaque étage puisse entrer en action. A l'aide des accouplements à roues libres, on obtient que, d'une part, la vitesse de rotation d'un moteur entrainé soit plus faible et que, d'autre part, ce moteur, lorsqu'il est mis en service, puisse tourner au niveau de vitesse du moteur déjà en service et puisse fournir de l'énergie à l'arbre de sortie. En outre, les moteurs peuvent être agencés différemment aussi bier: en ce qui concerne la puissance que la vitesse et, des deux étages de boites qui relient respectivement deux moteurs placés en parallèle, l'un des. étages peut présenter un rapport de transmission voisin de 1:1, tandis que l'autre étage est pourvu d'un rapport.de forte démultiplication vers le moteur tournant à la plus basse vitesse. L'agencement de la botte de vitesses sous la forme d'une botte à trains planétaires offre l'avantage d'une simplicité de transmission d'énergie pour un rapport 1-1 entre les vitesses de rotation. On peut évidemment utiliser pour la transmission également des transmissions à engrenages droits ou à courroies. En outre, les composants auxiliaires intervenant dans le groupe de moteurs peuvent n'être disposés que sur un seul moteur et être entraînés par celui-ci; les compo- sants auxiliaires peuvent être installés sur les moteurs tournant à la vitesse maximale. On obtient ainsi que les composants accouplés avec l'arbre du plus petit moteur (vitesse maximale d'en- trainement) puissent tourner à une vitesse suffisamment élevée lors de la marche au ralenti de l'ensemble du groupe (seul le plus petit moteur est en service) et seulement à une vitesse peu supérieure lorsque le moteur immédiatement plus gros est en service (le plus petit moteur est entraî- né). La plage de vitesse de rotation est réduite de la. valeur correspondant à la différence de vitesses s'établis- sant lors de la commutation entre la condition de charge et l'état entratné pour les moteurs n0 1 et n0 2. Cela peut être exploité en vue d'une diminution de poids des composants auxiliaires. - En outre, les accouplements à roues libres des étages de botte de vitesses peuvent être verrouillables, au moins en partie. A l'aide d'un accouplement opérant par conjugaison de formes, la roue libre intervenant à l'état entrainé peut être bloquée. En conséquence, celle-ci peut également servir à établir la condition de charge pour le moteur initialement entratné. Les pertes par frottement de ce moteur restent, du fait de la basse vitesse de rotation, plus faibles que s'il avait été amené immédiatement au rapport de vitesses 1:1. Enfin, on peut prévoir trois moteurs de diffé- rentes puissances, auquel cas la sortie d'énergie est ef- fectuée par l'intermédiaire du moteur de puissance moyenne. La sortie d'énergie peut également être effec- tuée par le moteur n0 1, mais on perd alors cependant l'avantage d'une réduction de poids car, dans le cas du groupe à trois moteurs, il faut prévoir des bottes de vitesses à couples élevés seulement entre les moteurs n0 2 et n0 3. La botte prévue entre les moteurs n0 2 et n0 1 n'a besoin de transmettre que la puissance du plus petit moteur n0 1. L'avantage de l'établissement d'un état entrainé entre les moteurs à combustion interne consiste en ce que les moteurs hors service, à la différence de l'état d'immo- bilisation, exécutent leurs cycles de travail puis, lors- qu'ils sont alimentés en carburant et sans fourniture exté- rieure d'énergie -mécanique, tournent automatiquement à la vitesse en charge. Les retards de mise en charge et les à-coups sont réduits au minimum. En outre, il est possible 2495tt4 de choisir les vitesses d'entraînement de manière à compen- ser les déséquilibres de forces d'inertie entre les moteurs en service et les moteurs entraînés. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention seront mis en évidence, dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réfé- rence au dessin unique annexé qui est une représentation schématique d'un groupe de plusieurs moteurs à combustion interne conforme à la présente invention. Le groupe de plusieurs moteurs représenté sur le dessin se compose des moteurs 1, 2 et 3 qui on; des puissan- ces et des vitesses de rotation différentes et qui sont accouplés entre eux par des bottes de vitesses 4 et 5. Comme bottes de vitesses 4,-5, on peut utiliser aussi bien des bottes à trains planétaires que des boItesàegenesàts ou à courroies. Les bottes à trains planétaires offrent cependant l'avantage d'une simplicité de transmission d'é- nergie pour les rapports de 1:1 intervenant f4ans un tel groupe. Comme moteurs à combustion interne, on peut utili- ser des moteurs à essence, des moteurs diesel, des moteurs à pistons alternatifs, des moteurs à pistons rotatifs et toutes combinaisons de ces différents types de moteurs. La boite de vitesses 4 utilisée pour assurer l'accouplement des moteurs 1 et 2 est par exemple agencé de telle sorte qu'il soit prévu sur le vilebrequin 6 du moteur 1 un engrenage droit 7 placé dans une position fixe et un pignon 9 pourvu d'une roue libre & de manière que le vilebrequin 6 puisse entraîner avec un rapport correspon- dant un engrenage droit 11 fixé sur le vilebrequin 10 du moteur 2. La sortie d'énergie est faite à partir du vile- brequin 10. Sur ce vilebrequin 10, il est prévu un autre engrenage droit 13 pourvu d'une roue libre commandée 12 et qui est en prise avec l'engrenage droit 7. Les composants auxiliaires 14 sont entraînés par le moteur 1. Les roues libres 8 et 12 sont agencées de manière qu'elles ne puissent pas se bloquer mutuellement. L'étagement des cylindrées est choisi de telle sorte que le plus petit moteur 1 couvre la plus petite plage de charge pendant que les plus gros moteurs 2 et 3 sont hors service et sont entraînés à une vitesse de rotation nettement inférieure. Lors d'une augmentation de la charge demandée au groupe de moteurs, le moteur 2 de cylindrée immédiatement supérieure est mis en service. Celuici assure la génération de la charge à fournir, de la charge d'entraînement du moteur immédiatement suivant 3 qui est accouplé par l'intermé- diaire de la botte de vitesses 5, et de la charge d'en- trainement du plus petit moteur 1, qui n'est plus en ser- vice, y compris les composants auxiliaires. Par suite de l'existence de la roue libre, le moteur 1 peut ne pas être entraîné par le moteur 2. La vitesse de rotation diminue jusqu'à la vitesse du vilebrequin 10, et il s'établit une condition d'entraînement dans le rapport 1:1 par l'inter- médiaire de la roue libre 12 et de l'entrenage droit 13 (la roue libre 12 est bloquée dans la direction de trans- mission de charge du moteur 2 vers le moteur 1, mais elle tourne librement dans la direction inverse). La cy'lindrée -du moteur 2 doit être suffisamment grande pour que celui-ci puisse absorber une grande partie des charges partielles imposées à l'ensemble du groupe. Le moteur 3 est mis en service seulement lorsque de plus grandes charges que celles pouvant être obtenues avec le moteur 2 sont deman- dées au groupe. Entre les moteurs 2 et 3, il est prévu une botte de vitesses 5, qui assure, à partir du vilebrequin 10 et par l'intermédiaire d'un pignon 15 avec roue libre comman- dée 16, l'entraînement du moteur 3 à l'aide de l'engrenage t495224 droit 18 fixé sur le vilebrequin 17. Un autre engrenage droit 19, fixé sur le vilebrequin 10, est en prise avec un engrenage droit 20 dans lequel est montée une roue libre 21, celle-ci étant agencée de manière à ne pas être bloquée lorsque le moteur 3 est entraîné. Lorsque le moteur 3 est en charge, l'accouplement de l'engrenage droit 18 avec le pignon 15 reste initialement établi par l'interme- diaire de la roue libre commandée 16 (verrou à roue libre) jusqu'à la pleine charge du moteur 3. Ensuite, le verrouil- lage de la roue libre commandée16 est supprimé, et la vitesse de rotation du moteur 3 augmente jusqu'à la valeur établie par les engrenages droits 19, 20 de la boîte de vitesse 5 dans la direction de transmission de charge vers le moteur 2. Ces engrenages droits 19, 20 tournent libre- ment lors d'une transmission de charge du moteur 2 vers le moteur 3. En correspondance avec l'augmentation de vitesse lors de la transmission d'énergie par l'intermédiaire des engrenages droits 19, 20, le moteur 3 peut fournir plus de couple et plus de puissance au vilebrequin 10 (arbre de sortie). Lorsqu'on s'attend à une application de la char- ge maximale à l'arbre de sortie 10, le moteur 1 est à nouveau mis en service. La roue libre commandée 12, prévue dans l'engrenage droit 13, est bloquée de façon que l'éner- gie soit transmise à l'arbre de sortie 10 par l'intermé- diaire des engrenages droits 7, 13. Lorsque l'énergie qui doit parvenir aux composants auxiliaires 14 de l'ensemble du groupe par l'intermédiaire de l'arbre 6 est supérieure à celle que peut fournir le moteur 1 lors de l'accouplement des engrenages droits 7, 13, le verrouillage de la roue libre 12 est supprimé. En conséquence, le moteur 1 peut augmenter l'énergie fournie aux composants auxiliaires 14. L'arbre de sortie 10 n'a ainsi besoin de fournir aucune énergie pour les composants auxiliaires 14. On peut empd- cher de la même manière la fourniture d'énergie aux composants auxiliaires 14 complètement chargés lorsque le moteur 3 n'est pas en service. Un groupe de plusieurs moteurs à combustion interne fonctionne, avec des possibilités limitées, égale- ment dans le cas de deux moteurs. Lors de la suppression du moteur 1, les composants auxiliaires 14 doivent être entrainés par le moteur 2 et ils sont alors accouplés rigidement avec l'arbre de sortie 10. Lors de la suppres- sion du moteur 3, on obtient cependant des avantages de consommation seulement au ralenti. Par ailleurs, le nombre des moteurs intervenant dans un groupe peut être choisi à volonté. Pour une marche non stable, on peut obtenir des conditions optimales avec trois moteurs. Le nombre des bottes de vitesses doit être au moins égal à deux. Avec un nombre supérieur de bottes, on élargit les possibilités d'adaptation en charge et en vitesses de rotation, en poussée et en traction. L'utilisation de plus de deux bottes de vitesses entre les moteurs 2 et 3 serait avantageuse pour éviter des à-coups de commande. On va démontrer les avantages d'un groupe de moteurs conforme à l'invention à l'aide d'un exemple numé- rique: Un moteur à essence de trois litres de cylindrée consomme, au ralenti à une vitesse de 700 tours par minute, une énergie d'environ 1,5 kW pour compenser les pertes par frottement et une énergie d'environ 1,5 kW pour compenser les pertes par alternance de mise en charge des cylindres. Lorsque ce moteur est divisé, selon l'invention, en trois moteurs, on obtient: Pour le moteur 1 Cylindrée de 0,3 litre, vitesse de 1200 tr/mn, perte de puisssance par frottement: 0,26 kW, perte de puissance pour entraînement des accessoires: 0,3 kW, perte de puissance pour alternance de mise en charge: 0,26 kW. Pour le moteur 2 Cylindrée de 0,9 litre, vitesse de 400 tr/mn, perte de puissance par frottement: 0,16 kW, perte de puissance pour alternance de mis.e en charge: 0 (mise à l'air libre). Pour le moteur 3 Cylindrée de 1,8 litre, vitesse de 133 tr/mn, perte de puissance par frottement: 0,16 kW, perte de puissance pour alternance de mise en charge: 0 (mise à l'air libre). La somme des pertes est égale à 1,24 kW, c'est- à-dire que les pertes sont réduites d'environ 41 % par rapport à un moteur normal. En charge partielle, les pertes sont réduites d'environ 80 % par rapport à un moteur normal. REVENDICATIONS 1.- Groupe moteur comportant plusieurs moteurs à combustion interne, qui peuvent être accouplés, par l'intermédiaire de roues libres et de boites de vitesses, à un arbre de sortie commun pour former une ligne de transmission d'énergie motrice, caractérisé en ce que, en addition à la ligne de transmission d'énergie motrice, les différents moteurs à combustion interne (1, 2, 3) peuvent être reliés entre eux également à l'aide d'une autre ligne d'entraînement constituée par étages de faible rapport de boites de vitesse (9, 11 et 15, 18) et des accouplements d roues libres (8, 16) et n'intervenant que dans la direction de transmission de force qui est opposée à la direction de transmission d'énergie motrice, et en ce que, dans le cas de moteurs (1, 2, 3) disposés mécaniquement en parallèle ou en série, les arbres de sortie (6, 10 et 10, 17) de deux moteurs placés respectivement en parallèle ou en série (1, 2 ou 2, 3) sont reliés à deux étages de bottes de vites- ses (7, 13 et 9, il ou 19, 20 et 15, 18) de rapports diffé- rents, placés en parallèle avec des sens opposés de trans- mission de force et dont, grâce à une alternance de dispo- sition des accouplements à roues libres (8, 12 ou 16, 21) un seul étage de botte (7,.13 ou 9, 11 ou bien 19, 20 ou , 18) agit dans chaque sens de transmission de force. 2.- Groupe de moteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs à combustion interne (1, 2, 3) sont conçus différemment aussi bien en ce qui concerne la puissance que la vitesse de rotation et en ce que, pour les deux étages de botte de vitesses (7, 13, 19, ) reliant respectivement deux moteurs placés en parallèle (1, 2 ou 2, 3), un étage est pourvu d'un rapport de trans- mission voisin de 1:1, tandis que l'autre est pourvu d'un rapport créant une forte démultiplication en direction du moteur présentant la plus basse vitesse de marche. 3.- Groupe de moteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que les composants auxiliaires (14) intervenant dans le groupe de moteurs (1, 2, 3) ne sont installés que sur un moteur et sont entraînés par celui-ci. 4.- Groupe de moteurs selon la revendication 3, caractérisé en ce que les composants auxiliaires (14) sont installés sur le moteur (1) ayant la plus haute vitesse de rotation. 5.- Groupe de moteurs selon l'une des revendica- tions I à 4, caractérisé en ce que les roues libres des étages de boîte de vitesses (7, 13 - 9, 11 - 19, 21 - 15, 18) sont verrouillables, au moins en partie. 6.- Groupe de moteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu trois moteurs (1, 2, 3) de puissancesdifférentes, la sortie d'énergie étant faite par l'intermédiaire du moteur (2) de puissance moyenne.