Brevet FR2605946A1 — publié le 19880506

SYSTEME DE MOTEUR MIXTE THERMIQUE-ELECTRIQUE POUR VEHICULES La présente invention concerne un système de moteur mixte pour véhicules dont le but principal est de permettre à un véhicule d'être entraîné indistinctement par un moteur thermique ou par un moteur électrique, en fonction des besoins et des désirs de l'usager. Par suite des problèmes et irncon- vénients qu'impliquent les véhicules pourvus de moteurs thermiques, tels que les bruits, la contamination, le prix élevé du combustible, etc..., on a commencé il y a quelques années à faire des recherches sur le véhicule électrique qui n'est logiquement ni bruyant, ni polluant et dont l'énergie nécessaire est plus économique que celle dérivée du pétrole. En ce sens, l'énergie électrique, que requiert un véhicule à moteur électrique, proviendra d'un groupe de batteries. Il est évident que pour obtenir une plus grande autonomie de tels véhicules électriques, on n'a qu'à augmenter le nombre de batteries, ce qui entraîne une diminution de la capacité de transport et, bien entendu, une diminution de la surface utile du véhicule. Par ailleurs, il existe de nos jours des véhicules électriques mais qui, par le fait de leur autonomie limitée, disposent d'un petit moteur thermique complémentaire ou accessoire afin d'éviter la paralysa- tion du véhicule au cas o les batteries se déchargeraient, le petit moteur thermique accessoire permettant de déplacer le véhicule vers une source d'approvisionnement en énergie électrique. Le système de moteur mixte pour véhicules préconisé, selon la présente invention, répond à une approche distincte: le véhicule peut aussi bien fonctionner à plein rendement et capacité aussi bien s'il fonctionne avec son moteur thermique que s'il le fait avec son moteur électrique. On peut dire que les moteurs thermiques présentent leurs inconvénients et leurs avantages, et qu'il en est de même pour les moteurs électriques, ce qui fait que l'idéal serait de concevoir un moteur réunis- sant les avantages de ces deux types de moteurs et annulant les inconvénients de ceux-ci, et c'est là précisément ce que recherche et obtient le système de moteur de l'inven- tion et que l'on exposera plus loin de façon détaillée. Comme on le sait, le véhicule à moteur thermique du type Diesel ou à essence, ou à butane, etc..., par le fait de sa grande facilité et rapidité à faire le plein en carburant, peut permettre l'utilisation de moteurs puissants lui garantissant des performances optimales et une grande autonomie sur route, tandis qu'en ville son rendement est beaucoup plus bas, le coût de transport augmentant en conséquence, à quoi l'on doit ajouter l'agression écologique que provoquent ses gaz polluants et ses bruits, en particulier-au centre des villes grace aux embouteillages et aux feux de signalisation. En ce qui concerne le véhicule électrique, c'est précisément le contraire qui se produit, dans la mesure o son autonomie oscille normalement entre 60 et 80 km et o sa vitesse maximum est d'environ km/heure, ce qui fait qu'il doit s'approvisionner en énergie au moyen de batteries ou d'accumulateurs très lourds et encombrants mettant de 8 à 10 heures à être rechargés. Ces caractéristiques font que le véhicule électrique ne peut pas être utilisé sur route pour de longs parcours, tandis qu'il est idéal pour circuler en ville o les parcours destinés à la livraison des colis, porte-bouteilles, à la levée du courrier, au ramassage des ordures, etc... ne dépassent jamais 60- kms et o la vitesse maximum raisonnable utilisée ne doit pas dépasser 60 km/heure. Il est également évident que le véhicule électrique ne pollue pas et ne fait pas de bruit et, aux moments d'arrêt par le fait d'embouteillages, de feux de signalisation ou des nécessités de livraison, il ne dépense pas d'énergie comme le font les véhicules thermiques. Chaque coup de frein se traduit par une récupé- ration d'énergie, dans la mesure o celui-ci convertit automatiquement le moteur à traction en générateur d'énergie envoyant du courant aux batteries. Ce qui fait que, contrairement à ce qui se passe dans le cas du véhicule terrique, un véhicule électrique consomme moins en ville qu'en pleine route, le coût d'exploitation s'amé- liorant notablement. Sans compter que le moteur électrique ne consomme pas d'huile et n'utilise pas de freins, d'embrayage, etc..., qui sont les éléments qui travaillent le plus en ville. C'est pourquoi, lorsqu'on connaît les inconvénients et les avantages des véhicules thermiques et électriques, il vient à l'esprit la nécessité de créer un véhicule réunissant dans un seul les avantages des deux, et c'est ainsi qu'a été conçu précisément le système de moteur mixte de l'invention qui fait que l'on peut dire qu'en l'appliquant à un véhicule, ce dernier devient un véhicule "hybride". Le système consiste à accoupler à un moteur thermique, sans en altérer ses caractéristiques et ses performances, tous les éléments permettant de la transformer, en faisant simplement tourner la clé de contact, en un véhicule électrique et de l'utiliser en tant que tel aux endroits et moments opportuns, au choix du conducteur. C'est-à-dire que le véhicule pourvu du système de moteur mixte préconisé pourra être entraîné indistinctement et à volonté par de l'énergie thermique ou électrique, en économisant ainsi du combustible, en réduisant les bruits et la pollution aux endroits les plus gênants et malsains, le tout sans problème d'autonomie. En outre, le véhicule pourvu du système de moteur mixte présentera toutes les performances d'un véhicule thermique pour son emploi préférentiel hors de la ville, et aura tous les avantages du véhicule électrique en l'utilisant dans la ville, de telle sorte que, par le fait que durant le travail en circuit urbain la performance de la vitesse passe au second plan, le choix de la puissance du moteur électrique dépend du couple ou moment de démarrage car, comme la puissance requise pour déplacer un véhicule est proportionnelle au cube de la vitesse, on voit qu'à des valeurs faibles de cette dernière, ce facteur, bien que non négligeable, se trouve presqu'annulé, et la valeur du couple de démar- rage d'un moteur électrique est plusieurs fois supérieure à celle du moteur thermiques à puissance égale, D'autre part, le fait de disposer du couple de démarrage élevé dès le début du déplacement fait que le calcul de la puissance du moteur électrique soit sensiblement inférieure à celle du thermique. Lors des essairs réalisés, la combi- naison d'un moteur thermique de 57 kw et d'un moteur électrique de 13,5 kw a donné des résultats satisfaisants, le travail de ce dernier étant limité à des vitesses de 40 km/heure, avec une vitesse moyenne de 20 km/heure, valeurs considérées comme étant idéales pour l'emploi d'un véhicule dans des villes et indiquées par l'usager. En définitive, la vitesse du véhicule est surbordonnée à l'usage que nous voulons faire de l'énergie emmagasinée dans les batteries, c'est-à-dire que plus la vitesse est grande, plus l'autonomie est réduite et vice-versa. Fondamentalement, le système de moteur mixte consiste à mettre un découpleur entre le moteur thermique et le moteur électrique, grâce à quoi le véhicule peut fonctionner, aussi bien avec le moteur thermique qu'avec le moteur électrique. Quand le véhicule fonctionne avec le moteur électrique, celui-ci sera pourvu d'un dispositif électronique constitutif d'une unité d'accélé- ration et associé à la pédale de l'accélérateur. Grâce à une telle unité d'accélération, il est possible de donner une variation de tension pratiquement linéaire entre 0 et volts, qui sera le signal envoyé à un régulateur de tension électronique pour le fonctionnement du moteur. Ce régulateur de tension électronique est capable de varier la tension appliquée à l'induit du moteur, en permettant ainsi un réglage continu de la vitesse du véhicule de 0 à 2 000 t/min. Le réglage au-dessus de cette vitesse sera réalisé graduellement en variant la tension appliquée au circuit d'excitation ou inducteur. Le freinage "électrique'! se produira dès qu'on lève le pied de la pédale de l'accélérateur, le moteur devenant alors un générateur; le freinage s'intensifiera si l'on actionne la pédale du frein hydrau- lique par l'intermédiaire du signal envoyé au régulateur par l'interrupteur auxiliaire actionnant cette pédale. En branchant le régulateur, on mettra en outre en marche un ventilateur pour refroidir le moteur. Le chargeur est complété par un chargeur de batteries constitué de préférence par un convertisseur statique de courant alternatif en courant continu. Pour permettre une meilleure com- préhension des caractéristiques de l'invention, un ensemble de réalisation de l'invention sera représenté dans les dessins et sera explicitée de manière plus détaillée ci-après; - la figure 1 montre une vue sché- matique d'un véhicule pourvu du système de moteur mixte de l'invention; - la figure 2 montre une vue simi- laire à la précédente, suivant un mode de montage d'éléments déterminés du système de moteur mixte; - la figure 3 montre une vue en coupe du découpleur qui fait partie du système de moteur et qui est prévu pour permettre que le véhicule fonctionne avec le moteur thermique ou avec le moteur électrique. Comme on peut le voir sur les figures, le système de moteur mixte de l'invention est applicable à n'importe quel type de véhicule conventionnel, généralement indiqué sous la référence 1, comprenant le moteur thermique correspondant 2, l'embrayage 3, la boîte à vitesses 4, la transmission 5 et le différentiel 6. Il est possible d'appliquer à un véhicule conventionnel, comme celui décrit, le système de l'invention pour qu'il puisse fonctionner indistinctement comme véhicule à moteur thermique et comme véhicule à moteur électrique. Pour ce faire, il est bien entendu nécessaire d'incorporer le moteur électrique correspondant 7, en intercalant entre celui-ci et le moteur thermique un coupleur - découpleur 8, actionnable manuellement au moyen d'un levier externe 9, pour permettre l'accouplement et le désaccouplement entre les parties et choisir ainsi volontairement que le véhicule fonctionne avec le moteur thermique 2 ou avec le moteur électrique 7. Naturellement, le véhicule 1 sera pourvu des batteries correspondantes 10 pour alimenter le moteur électrique 7, lequel sera en outre réglable au moyen d'un régulateur de tension 14 ainsi que d'un chargeur de batteries 11 et l'unité d'accélération 15 correspondante dont l'actionnement provoquera simulta- nément son action sur le moteur thermique 2 et/ou sur le moteur électrique 7, le câble de commande 12 se trouvant intercalé entre l'unité d'accélération 15 et le moteur électrique 7, avec un embranchement ou dérivation 13 vers le moteur thermique 2. La façon de disposer le moteur électrique peut varier; ainsi, sur la figure 1, le moteur électrique 7 est monté à la suite de l'embrayage 3, tandis que sur la figure 2 il est monté avant l'embrayage 3. En tout cas, l'arbre du moteur électrique 7 constitue un élément qui tournera aussi bien si le fonctionnement se fait avec le propre moteur électrique que lorsqu'il se fait avec le moteur thermique. De la même façon, le moteur électrique 7 peut être monté décalé par rapport à l'are linéaire du véhicule, soit non aligné entre l'arbre du moteur thermique 2 et l'arbre de transmission 5. Lorsque le moteur électrique 7 se trouve monté avant l'embrayage 3, comme on le montre sur la figure 2, on peut réaliser les différents changements de vitesses de façon normale-soit de la même façon que lorsque le véhicule fonctionne avec le moteur thermique - tandis que lorsque le moteur électrique se trouve monté 260S946 après l'embrayage 3, le changement de vitesse se fera uniquement à l'aide du régulateur 14 lorsqu'agit sur celui-ci le câble de la pédale de l'accélérateur 15. Le coupleur-découpleur 8, dans le cas d'actionnement mécanique, ne consiste qu'en un mécanisme de pignons permettant, en actionnant le levier 9, l'accouplement et le désaccouplement entre l'arbre du moteur thermique 2 et l'arbre du moteur électrique 7, un tel mécanisme comprenant un couple de pignons 16 et 17, le premier solidaire de l'arbre 18 du moteur thermique 2 et l'autre solidaire de l'arbre 19 du moteur électrique 7, les deux pignons 16 et 17 étant disposés en ligne, comme on peut le voir sur la figure 3, pour qu'ils puissent engrener simultanément avec une couronne externe 20 dont émerge le levier d'actionnement 9. De la sorte, lorsque la couronne 20 se trouve entre les deux pignons 16 et 17, soit engrenant simultanément avec les deux, le véhicule fonctionnera alors avec le moteur thermique 2, tandis que lorsque la couronne 20se déplace vers la gauche, comme indiqué par la flèche sur la partie supérieure du pignon 16, il se produit alors le désaccou- plement entre les pignons 16 et 17 et le véhicule fonc- tionnera avec le moteur électrique. Quand le véhiculé fonctionne avec le moteur thermique, son comportement sera un comportement normal, les batteries 10 pouvant se recharger dans la mesure o l'arbre 19 du moteur électrique tourne toujours. De la même façon, en descendant des côtes et en freinant, les batteries se rechargeront dans la mesure o l'on tire parti à cette fin de l'énergie engendrée par de tels freinages. Lorsque le véhicule fonctionne avec le moteur électrique 3, après avoir annulé le moteur thermique à l'aide d'une simple clé de commutation (non représentée) se trouvant à la portée du conducteur, on passera premièrement l'une des vitesses de la boîte à vitesses 4 permettant de passer de O à la vitesse recom- mandée ou la plus appropriée pour le parcours à réaliser. Ensuite on appuie sur la pédale de l'accélérateur et le le véhicule commencera à rouler, de sorte que lorsqu'on cesse d'appuyer sur l'accélérateur, le véhicule s'arrête et, sur un simple ordre du pied, le véhicule obéit à l'accélérateur. Lorsqu'on cesse d'accélérer a lieu un autofreinage par récupération d'énergie, lorsque le moteur devient générateur, qui s'intensifie si on actionne la pédale du frein. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, il n'y a ni consommation d'énergie ni cession d'énergie. Ce qui revient à dire qu'aux feux de signalement ou lors d'embouteillage il n'y aura aucune dépense de quelque type que ce soit, le véhicule consommant uniquement lorsqu'il est en marche ou en déplacement. On obtient ainsi, comme on l'a déjà signalé, un véhicule "hybride" consistant à accoupler à un véhicule thermique, sans en altérer les caractéristiques ni les performances, tous les éléments permettant de le transformer, en tournant simplement la clé de contact, en un véhicule électrique et de l'utiliser en tant que tel à l'endrojt et au moment opportuns, au choix du conducteur. La valeur ajoutée au véhicule thermique est plus que justifiée par les avantages écolo- giques et pratiques que cela implique, ainsi que par le fait de son coût d'exploitation réduit lorsqu'on l'utilise en version électrique, ce qui permet d'amortir l'inves- tissement de sa transformation au bout d'un certain temps. Il n'est pas nécessaire d'insister sur le fait qu'un véhicule équipé du système décrit se comporte sur route comme un véhicule thermique (avec ses avantages d'autonomie et de vitesses élevés), et dans les villes comme un véhicule électrique (avec ses avantages de consommation réduite, l'absence de bruits et de conta- mination). Disons finalement que le système est pourvu d'un commutateur, non représenté, grâce auquel on sélectionne le travail désiré sans erreurs de fonctionne- ment; et que le découpleur 8 constitue un moyen éventuel pour différentes prises de force pour des services auxi- liaires tels que bennes.basculantes ou analogues. REVTENDICATIONS 1- Système de moteur mixte pour véhicules, prévu pour faire partie de véhicules équipés d'un moteur thermique conventionnel, pour que le véhicule puisse fonctionner indistinctement avec le moteur thermique (2) ou avec un moteur électrique (7) incorporé au véhicule et alimenté à l'aide des batteries (14) ou accumulateurs correspondants, caractérisé en ce qu'il consiste en un mécanisme, dont l'actionnement manuel ou automatique de la part du conducteur, permet de sélectionner le fonction- nement du moteur thermique (2) ou du moteur électrique (7); en ayant prévu qu'un tel mécanisme soit constitué de préférence par un coupleurdécoupleur (8) formé par un couple de pignons solidaires, l'un (16) d'entre eux fixé à l'arbre du moteur thermique et l'autre (17) à l'arbre du moteur électrique, les deux pignons se faisant face axialement pour permettre leur engrenage au moyen d'une couronne exterieure à laquelle est associé un levier (9) d'actionnement manuel grâce auquel cette couronne (20) est susceptible d'être déplacée axialement et pour engrener avec les deux pignons, le véhicule fonctionnant dans ce cas avec le moteur thermique; ou bien de désaccoupler les dits pignons pour que le véhicule fonctionne avec le moteur électrique, l'arbre de ce dernier étant monté de telle sorte, qu'il tourne toujours, aussi bien lorsque fonctionne le moteur thermique que lorsque fonctionne le moteur électrique. 2- Système de moteur mixte pour véhicules, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (7) est monté à la suite de l'embrayage (3) et du découpleur (8), l'embrayage se trouvant tout de suite après le moteur thermique (2). 3- Système moteur mixte pour véhicules, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (7) est mnté avant l'embrayage (3) et à la suite du moteur thermique (7) et du découpleur (8). 4- Système de moteur mixte pour véhicules, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les moteurs électriques (7) et thermique (2) ne sont pas coaxiaux et sont reliés par l'intermédiaire du coupleurdécoupleur à la boîte de vitesse (4). 5- Système de moteur mixte pour véhicules, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'entre le moteur électrique (7) et les batteries (10) se trouve intercalé un régulateur de tension électronique (14) grace auquel 1.5 on peut régler la vitesse du véhicule, en agissant sur le régulateur par le câble de l'unité d'accélération, celui-ci étant prévu pour les deux moteurs.