Brevet FR2546344A1 — publié le 19841123

Machine électrique destinée à être accouplée à un moteur alternatif à combustion interne pour véhicules automobiles La présente invention concerne les moteurs alternatifs à combustion interne pour véhicules automobiles et les dispositifs électriques connexes. Dans les moteurs alternatifs à combustion interne pour véhicules automobiles, il est nécessaire de prélever une partie de l'énergie mécanique disponible sur le vilebrequin pour la transformer en énergie électrique destinée à l'alimentation des différentes commandes nécessaires ou utiles au bon fonctionnement du véhicule. Le but de l'invention est précisément d'apporter une solution au problème consistant à optimiser les équipements permettant le prélèvement et la transformation de ladite énergie de façon à les rendre simples et en même temps aptes à alimenter toutes les commandes différentes précitées. Les objectifs précités ainsi que d'autres qui apparaîtront mieux dans ce qui suit sont atteints selon l'invention par une machine électrique destinée à être accouplée à un moteur alternatif à combustion interne pour véhicules automobiles, caractérisée par le fait que le rotor de ladite machine électrique est fixé directement à l'extrémité de sortie du vilebrequin du moteur entre ce dernier et l'embrayage du véhicule, ledit rotor comprenant une masseformant volant et unenroulement électrique toroldal disposé dans un évidement annulaire ménagé dans ladite masse formant volant et par lefait que dans la structure fixe du moteur alternatif est logélen position radialement en regard dudit rotor,un enroulement pourvu d'épanouissements polaires et formant le stator de la machine électrique. La machine électrique de l'invention est peu encombrante du fait que son rotor est utilisé essentiellement sous forme de masse formant volant, tandis que son stator est utilisé en tant que chapeau couvre-volant. Selon une forme de réalisation pratique préférée, le système de l'invention est caractérisé par le fait qu'il est pourvu de moyens aptes à faire fonctionner la machine électrique en tant que générateur de courant alternatif et de moyens aptes à faire fonctionner ladite machine en tant que moteur a courant continu. L'énergie électrique sous forme de courant alternatif peut être utilisée à diverses fins, par exemple pour rétablir la tension dans les batteries du véhicule automobile et, dans les véhicules industriels, pour engendrer une force de freinage ou l'alimentation de prises de force. En envoyant par contre du courant continu, prélevé sur les batteries, à la machine électrique fonctionnant en tant que moteur à courant continu, il s'ensuit que la machine électrique entraîne le vilebrequin en rotation faisant ainsi démarrer le moteur Cette dernière application de la machine électrique est particulièrement utile dans le cas de véhicules à moteur Diesel suralimenté par turbocompression. Dans ce cas, il faut en effet prévoir des rapports de compression propres à produire l'allumage spontané du combustible En tenant compte du fait que lors de l'allumage le moteur est froid et les pertes de compression par laminage sont appréciables en raison de la lenteur de rotation relative du vilebrequin, il faut concevoir le moteur avec un rapport de compression relativement très élevé, ce qui entraîne une perte de puissance débitée Avec la machine électrique précitée, il est possible d'élever le nombre de tours du vilebrequin au démarrage et par conséquent de diminuer le rapport de compression en ayant ainsi la possibilité d'augmenter la puissance débitée par le moteur à égalité des autres conditions du fait que l'on peut permettre à la turbosoufflante d'augmenter la pression d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une vue schématique partiellement en coupe d'un moteur alternatif selon la technique connue; et La Figure 2 est une vue partielle analogue à la précédente d'un moteur alternatif conforme à l'invention. En se référant auxdites figures, on peut voir que l'on a indiqué par 1; dans son ensemble, un moteur alternatif à combustion interne pour véhicule automobile Le moteur 1 est constitué par une structure fixe 2 dans laquelle est monté à rotation un vilebrequin 3 Par 3 a est indiquée l'extrémité de sortie du vilebrequin 3 A ladite extrémité 3 a est fixée une masse formant volant Ladite masse formant volant est indiquée par 4 a dans le cas du moteur selon la technique connue représentée dans la Figure 1 et par 4 b dans le cas du moteur de l'invention représenté dans la Figure 2 Dans les deux cas, sur la surface du volant opposée au moteur est ménagé un siège annulaire 4 c contre lequel réagit, de façon connue en soi, l'embrayage non représenté du véhicule automobile Dans le volant 4 b de l'invention est aménagée en position périphérique une gorge annulaire 5 Dans la gorge annulaire 5 est disposé un enroulement électrique toroidal fermé 6 L'enroulement électrique est formé par un fil qui s'enroule en continu sur un anneau de support toroldal sans bornes d'entrée ou de sortie de façon à former un anneau de Pacinotti Dans la position en regard de cet enroulement, la structure fixe 2 du moteur est pourvue d'une protubérance en forme d'anneau 7 Dans une cavité annulaire aménagée dans ladite protubérance, dans la position en regard de l'enroulement 6 est logé un enroulement fixe 8 pourvu d'épanouissements polaires Par suite, l'enroulement 6 forme le rotor d'une machine électrique dont le stator est constitué par l'enroulement fixe 8 La machine électrique peut fonctionner suivant la conformation qui lui est attribuée, de façon connue en soi, en tant que générateur de courant alternatif ou que moteur à courant continu Pour faire fonctionner la machine en tant que générateur de courant alternatif, il suffit de prévoir deux anneaux solidarisés au rotor et faisant toujours face à deux mêmes spires ou groupes de spires disposé, en position radialement opposée Le prélèvement de l'énergie électrique est effectué avec deux contacts, solidarisés à la structure fixe, qui viennent glisser sur lesdits anneaux. Pour faire fonctionner la machine électrique en tant que moteur à courant continu, il suffit de prévoir un collecteur à lamelles dont chacune est reliée à une spire du rotor, et deux balais fixes portéspar la structure fixe 2 du moteur et glissant sur le collecteur en position radialement opposée Les balais fixes peuvent être supportés par la structure fixe du moteur par l'intermédiaire de moyens de support qui leur permettent de prendre deux positions différentes Dans une première position, les balais sont en contact glissant avec le collecteur à lamelles Les balais sont disposés dans cette position lorsque la machine électrique est destinée à être utilisée en tant que moteur à courant continu, tandis que dans la seconde position les balais se trouvent au contraire éloignés dudit collecteur Lorsque la machine n'est pas utilisée comme moteur à courant continu, les balais sont alors disposés dans cette deuxième position, ce qui élimine ainsi une usure trop rapide desdits balais fixes. La machine électrique est particulièrement utile comme moteur à courant continu dans le cas d'un moteur alternatif à combustion interne du type Diesel A titre d'exemple, on admettra que le moteur de la Figure 1 est un moteur Diesel ayant une cylindrée de 9,5 litres, un taux de compression de 15,5, une pression effective moyenne maximale de 11,3 bars, et une puissance maximale de 176 Kw à 2300 tours/minute, dans le cas d'une suralimentation par turbocompression En utilisant la machine électrique de l'invention comme moteur à courant continu, au démarrage le vilebrequin du moteur thermique peut être amené jusqu'à environ 600 tours/minute Dans ces conditions, il se produit une diminution de l'infiltration de l'air par suite de laquelle la pression finale nécessaire au démarrage est atteinte, avec un taux de compression abaissé à une valeur de ,9 au lieu de 15,5 comme dans le cas du moteur selon la technique connue En maintenant constantes la pression et la température de fin de combustion, la densité de l'air d'alimentation peut être augmentée jusqu'à obtenir, dans le cas de l'invention, une augmentation de la pression effective moyenne supérieure à 40 % par rapport au cas Drécédent On obtient ainsi une puissance débitée globale de 250 Kw. Grâce aux degrés de suralimentation élevés possibles avec ce type d'accouplement entre une machine électrique et un moteur Diesel suralimenté par turbo- compression, il devient'de plus en plus intéressant d'utiliser des gaz chauds pour une seconde détente dans une turbine qui restitue de l'énergie au vilebrequin, à savoir la turbine à plusieurs corps notamment mise sur le marché sous le nom de "TURBOCOMPOUND". En outre dans les véhicules qui assurent un service de porte à porte, avec des fréquentes nécessités de freinage et d'accélération, l'énergie de freinage emmagasinée dans les batteries peut être utilisée pour accélérer le véhicule pendant son démarrage en réalisant de cette façon l'utilisation de l'énergie de freinage. Il est entendu que l'on peut mettre en oeuvre l'invention suivant de nombreuses modifications et variantes, en changeant par exemple les dimensions et d'autres paramètres analogues, sans pour autant s'écarter du cadre et de l'esprit de ladite invention. REVENDICATIONS 1 Machine électrique destinée à être accouplée à un moteur alternatif à combustion interne pour véhicules automobiles, caractérisée par le fait que le rotor ( 6) de ladite machine électrique est fixé directement à l'extrémité de sortie du vilebrequin ( 3) du moteur entre ce dernier et l'embrayage du véhicule, ledit rotor comprenant une masse formant volant ( 4 b) et un enroulement électrique toroldal ( 6) disposé dans un évidement annulaire ( 5) ménagé dans ladite masse formant volant et par le fait que dans la structure fixe ( 2) du moteur alternatif est logé en position radiale- ment en regard dudit rotor un enroulement ( 8) pourvu d'épa- nouissements polaires et formant le stator de la machine élec- trique. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est pourvue de moyens aptes à la faire fonc- tionner en tant que moteur à courant continu et de moyens aptes à la faire fonctionner en tant que générateur de cou- rant alternatif.