Brevet FR2670440A1 — publié le 19920619

L'invention a pour objet un système de propulsion d'une automobile, comprenant un moteur à combustion interne, une transmission installée en aval et au moins un essieu mo- teur, et comprenant un dispositif permettant l'arrêt et le redémarrage du moteur à combustion interne en fonction des conditions de marche, en association avec une masse d'inertie agencée entre le moteur à combustion interne et la transmis- sion, et permettant le pilotage d'un dispositif actionneur d'un embrayage. Afin de réduire la consommation de carburant d'automobiles, une solution connue consiste à arrêter le moteur à combustion interne en fonction de certaines conditions de fonctionnement, et de le remettre en marche, le cas échéant, dans un délai court Lorsque le moteur à combustion interne est à l'arrêt, il faut diviser la chaîne cinématique par l'intermé- diaire d'au moins un embrayage Les fonctions d'arrêt et de dé- marrage du moteur à combustion interne ainsi que le débrayage sont surveillés par un dispositif particulier, notamment par un appareil de commande électronique, et sont déclenchés de façon indépendante du conducteur En association avec une boîte de vitesses à plusieurs rapports, assistée par un système d'asservissement, c'est-à-dire une boîte de vitesses semi- automatique, l'on obtient une consommation de carburant relativement avantageuse, notamment lorsque la demande de puissance motrice est variable On obtient cette consommation grâce au fait, entre autres, que, lorsque le véhicule roule alors que le moteur à combustion interne est arrêté, la boîte de vitesses est entraînée, au pire, au point mort, et que les pertes par frottement sont alors réduites Jusqu'à présent, l'utilisation de boîtes de vitesses automatiques équipées, par exemple, d'un coupleur hydraulique permettant d'obtenir un plus grand confort et une plus grande plage de rapports de la boite de vitesses, n'a pas été envisagée en raison de leur rendement mécanique inférieur, au moins dans le cas de la disposition traditionnelle de la chaîne cinématique avec moteur embrayage boîte de vitesses essieu moteur Dans ce cas, le véhicule roulant alors que le moteur est arrêté doit effectivement entraîner la boîte de vitesses et fournir l'énergie absorbée par les frottements de la transmission ou par les pertes du convertisseur de couple. Le but de la présente invention est de diminuer da- vantage la consommation de carburant et d'augmenter la compa- tibilité écologique du système de propulsion cité en préambule. Ce but est atteint selon l'invention grâce au fait que la transmission est réalisée sous forme d'une transmission automatique, et en ce que l'embrayage est disposé du côté de la sortie de la transmission Selon ces termes, la transmission est réalisée sous forme d'une boîte de vitesses automatique, et l'embrayage est installé en aval, à la sortie de la boîte de vitesses La transmission peut être conçue, ou réglée, tout d'abord par sa commande interne, de façon à limiter la consom- mation de carburant L'inconvénient du rendement inférieur dû aux pertes internes de la transmission automatique est évité, au moins lorsque le moteur est arrêté, grâce à l'embrayage disposé à la sortie de la transmission Pour permettre la cou- pure du moteur à combustion interne, cet embrayage est ouvert de façon à séparer la transmission de l'essieu moteur De ce fait, l'on isole en même temps les composants de la boîte de vitesses qui créent des pertes par exemple une pompe à huile principale généralement présente dans la transmission et dépen- dante de celle-ci. La transmission est réalisée avantageusement sous forme d'une transmission à vitesse variable en continu Des transmissions à vitesse variable en continu, appelées également CVT, sont connues elles-mêmes depuis longtemps, par exemple sous forme de transmissions à enroulement à disques coniques. Celles-ci présentent l'avantage d'une grande plage de rapports. En même temps, la variation en continu permet un fonctionnement permanent dans la zone de consommation optimale Le principe d'une combinaison d'une transmission à vitesse variable en continu et d'un embrayage disposé en aval est connu depuis le document allemand DE 3 703 759, mais n'est pas associé à un système de propulsion du genre considéré ici Dans le document susmentionné, il s'agit plutôt de l'assurance de la possibilité de réglage de la transmission en cas d'utilisation d'une courroie de transmission travaillant à sec. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu que la masse d'inertie située entre le moteur à com- bustion interne et la transmission à vitesse variable en conti- nu puisse être isolée de la transmission par l'intermédiaire d'un autre embrayage De cette façon, le démarrage n'est pas contrarié par les pertes mécaniques de la transmission. Selon une autre caractéristique de l'invention, la masse d'inertie placée entre le moteur à combustion interne et la transmission à vitesse variable en continu peut être isolée aussi du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un autre embrayage Ainsi, la masse d'inertie peut être utilisée directement pour le démarrage, en étant d'abord lancée à un certain régime, de façon indépendante du moteur, et en entrai- nant ensuite ce dernier. La masse d'inertie est réalisée de préférence sous forme d'un volant d'inertie pouvant être entraîné au moyen d'un démarreur électrique, ou sous forme d'un rotor d'une machine électrique Dans ce dernier cas, l'on obtient une construction particulièrement compacte En cas de réalisation suffisamment puissante de la machine électrique, en association avec l'em- brayage décrit en dernier, il est possible aussi de constituer une propulsion hybride. Il est particulièrement avantageux d'adjoindre à la machine électrique un dispositif de contrôle et de commande, qui effectue la commutation entre la marche en générateur et la marche en moteur et régule l'énergie puisée dans un accumulateur d'énergie ou rendue à celui-ci De cette façon, le véhicule peut, lorsqu'il avance en marche en poussée, récupérer de l'énergie par l'intermédiaire de la machine électrique fonctionnant en génératrice. Suivant une autre particularité de l'invention, l'on prévoit une boite de vitesses connue semi-automatique, c'est-à-dire une boite de vitesses à changement de vitesses manuel, équipée d'un embrayage automatique, ce dernier étant disposé du côté de la sortie de la boîte de vitesses Là encore, les pertes internes de la boîte de vitesses sont séparées de l'essieu moteur, lorsque le moteur à combustion interne est arrêté, et la consommation de carburant est optimisée pour des demandes de puissance motrice variables. D'autres caractéristiques de l'invention peuvent être déduites des sous-revendications qui suivent en association aussi avec la revendication indépendante 12 Des formes de réalisation avantageuses de 1 'invention sont décrites plus en détail par la suite, au vu des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre un système de propulsion selon l'invention comportant une transmission à vitesse variable en continu, un embrayage monté en aval et un volant d'inertie et un démarreur montés en amont, la figure 2 montre un système de propulsion selon l'invention, similaire à celui de la figure 1, mais qui compor- te une machine électrique pouvant être débrayée par l'intermé- diaire d'embrayages supplémentaires, disposée entre la trans- mission à vitesse variable en continu et le moteur à combustion interne. Selon la figure 1, un système de propulsion selon l'invention comporte un moteur 10 réalisé sous forme d'un mo- teur à combustion interne, une transmission à vitesse variable en continu réalisée sous forme d'une transmission il à enroule- ment, ainsi qu'au moins un essieu moteur 12 Entre un vile- brequin 13 et un arbre 14 d'entrée de la transmission se situe un volant 15 d'inertie, formant la masse d'inertie, relié de préférence de façon rigide aux arbres cités Un démarreur 16 entraîne le volant 15 d'inertie, le cas échéant, par l'inter- médiaire d'un pignon 17 Le démarreur 16 puise son énergie électrique dans un accumulateur d'énergie électrique réalisé sous forme d'une batterie 18 La référence 19 désigne un con- ducteur de courant fort partant de la batterie 18. La transmission Il comporte du côté entrée une paire 20 de disques coniques disposés sur l'arbre 14 d'entrée de la transmission ainsi qu'une paire 21 de disques coniques disposés du côté de la sortie Ces derniers sont reliés à un arbre 22 de sortie de la transmission, disposé sous forme d'un arbre creux sur l'essieu moteur 12 L'arbre de sortie de la transmission rejoint un train planétaire 23 d'inversion, à partir duquel l'énergie motrice est retransmise, par l'inter- médiaire d'un train différentiel 24, à l'essieu moteur 12. Entre la paire 21 de disques coniques et le train planétaire 23, l'on dispose un embrayage hydraulique Kl pouvant être commandé grâce à une énergie auxiliaire. Dans la mesure o une alimentation en huile est né- cessaire pour la transmission 11 à enroulement et l'embrayage Kl, cette alimentation est assurée au moyen d'une pompe à huile principale 25 entraînée, de préférence, par l'intermédiaire de l'arbre 14 d'entrée de la transmission. La référence 26 désigne un appareil de commande hy- draulique servant, entre autres, de dispositif d'actionnement de l'embrayage Kl De plus, le réglage des paires 20, 21 de disques coniques est effectué par l'intermédiaire de l'appareil 26 de commande Les conduites hydrauliques nécessaires pour la commande des trois éléments cités Kl, 20, 21, ne sont pas re- présentées ici, mais sont indiquées symboliquement par les trois flèches 27 partant de l'appareil 26 de commande Une liaison hydraulique entre la pompe à huile principale 25 et l'appareil 26 de commande est désignée par la référence 28 Les fonctions de l'appareil 26 de commande hydraulique sont déclen- chées par un boîtier électronique 29 de commande qui, en même temps, pilote toutes les autres fonctions du système de propul- sion Un conducteur de signaux agencé entre le boîtier électro- nique 29 de commande et l'appareil 26 de commande hydraulique porte la référence 30 D'autres conducteurs électriques ne sont pas représentés ici, dans un souci de clarté du dessin, et sont illustrés simplement sous forme de flèches entrantes 31. Le boîtier électronique 29 de commande sert notamment à la mise en marche et à la coupure automatiques du moteur 10 en fonction des conditions de marche et de fonc- tionnement du véhicule Ainsi par exemple, en marche poussée et lorsque le moteur 10 n'est pas chargé, l'embrayage Ki est d'abord ouvert et le moteur 10 est arrêté en même temps Dès que l'on demande de nouveau un couple de propulsion, par exemple en actionnant une pédale d'accélérateur non représentée ici, le moteur 10 est remis en marche à l'aide du démarreur 16, et l'embrayage Ki est engagé Le rapport de réduction de la transmission 11 est modifié automatiquement par le réglage des paires 20, 21 de disques coniques en fonction de la charge du moteur et, le cas échéant, en fonction d'autres paramètres tels que la vitesse et le régime moteur Ce réglage inclut un réajustement de telle sorte que, lors de l'engagement de l'embrayage Kl, il n'y ait qu'une faible différence de régime à vaincre au niveau de l'arbre 22 de sortie de la transmission. Lorsque le moteur 10 est à l'arrêt, la pompe à huile principale 25, qui fournit la pression requise pour effectuer le réglage des paires 20, 21 de disques coniques et de l'embrayage, est également arrêtée Afin d'assurer une pression d'huile suffisante dans ces conditions, l'on prévoit une pompe à huile auxiliaire 33 entraînée par le moteur électrique 32 Cette pompe communique, par l'intermédiaire d'une conduite 34, avec la conduite hydraulique 28 Dès que la pression régnant à l'intérieur du système hydraulique tombe en dessous d'un certain seuil minimal, la pompe à huile auxiliaire 33 démarre Etant donné que, lorsque le moteur est arrêté, aucun réglage de la transmission 11 à enroulement n'est néces- saire, sauf peut-être juste avant l'engagement de l'embrayage Kl, la pompe à huile auxiliaire 33 peut être de petite taille. Une commande de l'embrayage Ki lors de l'opération de démarrage se fait de façon temporisée ou en fonction d'un seuil de pression du système hydraulique. A la place de la pompe auxiliaire 33, ou en plus de celle-ci, l'on peut prévoir, comme le montre la figure 2, un accumulateur 35 de pression d'huile, qui est relié par l'intermédiaire d'une conduite 36 au système hydraulique (conduites 28, 34) L'accumulateur 35 de pression d'huile permet de fournir, avant le démarrage du moteur à combustion interne, une décharge d'huile sous pression dans le système hydraulique pour l'actionnement d'éléments de commande éventuels, d'embrayages, ou similaires Des clapets de non- retour disposés en aval des pompes 25, 33 ainsi qu'un clapet de pilotage associé à l'accumulateur 35 de pression d'huile ne sont pas représentés ici, bien qu'ils soient de préférence prévus. La figure 2 illustre ensuite une variante de l'exemple de réalisation selon la figure 1 Ici, à la place du volant d'inertie, on installe une machine électrique 37 entre le moteur 10 et l'arbre 14 d'entrée de la transmission Un rotor 38 de la machine électrique constitue en même temps le volant d'inertie et peut être séparé de la chaîne cinématique par un embrayage K 2 situé du côté du moteur et par un embrayage K 3 situé du côté de la transmission Un stator de la machine électrique est désigné par la référence 39 De préférence, la machine électrique 37 peut fonctionner aussi bien en moteur qu'en générateur Pour effectuer la commutation entre les deux états de fonctionnement et pour piloter le flux d'énergie électrique, l'on dispose un dispositif 40 de contrôle et de commande dans le conducteur électrique 19 relié à la batterie 18. L'appareil 26 de commande hydraulique selon la figure 2 assure également le réglage des embrayages K 2 et K 3. Par conséquent, cinq flèches 41 sont représentées sur l'appa- reil de commande. Selon la conception de la machine électrique 37, plusieurs modes de fonctionnement sont possibles L'une des solutions appelée 2 a par la suite prévoit que la machine électrique 37 est utilisée pour le démarrage du moteur 10 et pour produire du courant lors de la marche en poussée du véhicule Le démarrage est facilité par le désengagement des embrayages K 2 et K 3, de telle sorte que le rotor 38 puisse d'abord atteindre une plage de régime correspondant à un couple avantageux En même temps, de l'énergie cinétique est accumulée dans la masse d'inertie constituée par le rotor Ensuite, l'on engage l'embrayage K 2, entraînant alors le vilebrequin 13 Dans le cas de cette forme de réalisation, la machine électrique 37 peut être conçue avec une taille particulièrement réduite Dans ce contexte, il est particulièrement avantageux que les embrayages K 2 et K 3 puissent être commandés par 1 ' intermédiaire d'un élément de réglage commun, l'embrayage K 2 étant systémati- quement engagé avant l'embrayage K 3 lors de l'opération d'em- brayage. Dans une autre forme de réalisation ( 2 b), la machine électrique 37 est conçue de façon suffisamment puissante pour qu'elle puisse propulser à elle seule le véhicule à une vitesse réduite en marche dite hybride Dans ce cas, il faut prévoir une commande des embrayages K 2 et K 3 à logique séparée. La suppression de l'embrayage K 3 permet une troisième forme de réalisation ( 2 c, non représentée ici) Dans ce cas, un fonctionnement en moteur et en générateur est également possible En même temps, l'on peut entraîner, par l'intermédiaire de la machine électrique 37, dans certaines conditions de fonctionnement, l'arbre 14 d'entrée de la transmission et, de ce fait, la pompe à huile principale 25. Au démarrage, il faut vaincre en plus la résistance mécanique de la transmission 11 Aussi faut-il prévoir une machine électrique 37 de dimensions suffisamment importantes. Une autre forme de réalisation ( 2 d) non représentée est obtenue au moyen d'un système de propulsion selon la figure 2, mais en supprimant l'embrayage K 2 Là encore, un fonctionne- ment en moteur et un fonctionnement en générateur sont possi- bles Par contre, la machine électrique 37 doit être conçue de telle façon qu'elle puisse entraîner en rotation le moteur 10, de façon à le faire démarrer, en partant elle-même de l'arrêt. Une forme de réalisation non représentée non plus est une variante, correspondant aux exemples 2 a à 2 d, dépourvue d'une machine électrique, mais munie d'un volant d' inertie pou- vant être entraîné par l'intermédiaire d'un démarreur. En particulier en association avec les embrayages K 2 et K 3 (comme dans 2 a, 2 b), il est possible, lors des arrêts de courte durée du moteur, d'emmagasiner l'énergie rotatoire du volant d'inertie et de la réutiliser pour le démarrage. Dans tous les cas de réalisation, l'on obtient d'abord, grâce au désengagement de l'embrayage Ki lors de la marche en poussée de l'ensemble, un état du véhicule, dans lequel le mouvement du véhicule n'est pas freiné par les pertes mécaniques internes de la transmission Dans le cas de la forme de réalisation selon la figure 2 et avec utilisation de la machine électrique 37, l'on prévoit d'effectuer d'abord un ralentissement du véhicule en engageant l'embrayage Ki et en commutant la machine électrique 37 en mode de fonctionnement en générateur C'est seulement lorsque ce mode de ralen- tissement devient insuffisant, que l'on fait appel aux freins habituellement prévus sur le véhicule. En principe, une réalisation sans pompe à huile auxiliaire 33 et sans accumulateur 35 de pression d'huile est possible aussi Il suffit alors d'attendre l'établissement d'une pression hydraulique suffisante lors du démarrage De cette manière, un système selon la figure 2, mais ne comportant ni l'embrayage K 3, ni la pompe à huile auxiliaire 33, ni l'accumulateur 35 de pression d'huile, est avantageux Dans ce cas, il faut attendre d'abord l'établissement d'une pression au moyen de la pompe à huile principale 25 avant d'actionner l'embrayage Kl suite à un signal de pression correspondant. il REVENDICATIONS 1 Système de propulsion d'une automobile, comprenant un moteur à combustion interne, une transmission installée en aval et au moins un essieu moteur, et comprenant un dispositif permettant l'arrêt et le redémarrage du moteur à combustion interne en fonction des conditions de marche, en association avec une masse d'inertie prévue entre le moteur à combustion interne et la transmission, et permettant le pilotage d'un dispositif actionneur d'un embrayage, caractérisé en ce que la transmission est réalisée sous forme d'une transmission automatique, et en ce que l'embrayage (Kl) est disposé du côté de la sortie de la transmission. 2 Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission est réalisée sous forme d'une transmission ( 11) à vitesse variable en continu. 3 Système de propulsion selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la masse d'inertie placée entre le moteur ( 10) à combustion interne et la transmission ( 11) peut être séparée de la transmission ( 11) par l'intermé- diaire d'un autre embrayage (K 3). 4 Système de propulsion selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la masse d'inertie placée entre le moteur ( 10) à combustion interne et la transmission ( 11) peut être séparée du moteur ( 10) à combustion interne par l'intermédiaire d'un autre embrayage (K 2). Système de propulsion selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la masse d'inertie prévue entre le moteur ( 10) à combustion interne et la transmission ( 11) est essentiellement un volant ( 15) d'inertie qui peut être entraîné par l'intermédiaire d'un démarreur ( 16), notamment un démarreur électrique. 6 Système de propulsion selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'une machine électrique ( 37) est prévue entre le moteur ( 10) à combustion interne et la transmission ( 11), qui comprend un rotor ( 38) constituant la masse d'inertie et un stator ( 39). 7 Système de propulsion selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un dispositif ( 40) de contrôle et de com- mande associé à la machine électrique ( 37) est destiné à ef- fectuer la commutation entre son utilisation en générateur et son utilisation en moteur, et à réguler l'énergie consommée ou fournie à un accumulateur ( 18) d'énergie électrique. 8 Système de propulsion selon la revendication 7, caractérisé en ce que la machine électrique ( 37) est conçue de façon à servir en même temps de groupe moteur du véhicule. 9 Système de propulsion selon l'une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'afin d'assurer l'alimentation en huile des embrayages (Kl et/ou K 2 et/ou K 3), notamment à commande hydraulique, de la transmission ( 11) et, le cas échéant, d'autres groupes ou éléments de réglage même après l'arrêt du moteur ( 10) à combustion interne l'on prévoit, en plus d'une pompe à huile principale ( 25) dépendante de la transmission, une autre pompe à huile auxiliaire ( 33), notam- ment une pompe à commande électrique. Système de propulsion selon l'une des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce qu'afin d'assurer l'alimen- tation en huile des embrayages (Kl et/ou K 2 et/ou K 3) de la transmission ( 11), et, le cas échéant, d'autres groupes ou éléments de réglage même après l'arrêt du moteur ( 10) à combustion interne l'on prévoit un accumulateur ( 35) de pression d'huile. 11 Système de propulsion selon l'une des revendi- cations 1 à 10, caractérisé en ce que l'essieu moteur ( 12) est réalisé sous forme d'un essieu à changement de rapport à train planétaire incorporant un train inverseur ( 23). 12 Système de propulsion d'une automobile, compor- tant un moteur à combustion interne, une boîte de vitesses à changement de rapport manuel installée en aval, pourvue d'un embrayage automatique, et comportant au moins un essieu moteur, et un dispositif permettant l'arrêt et le redémarrage du moteur à combustion interne, en fonction des conditions de marche, as- socié à une masse d'inertie disposée entre le moteur à combus- tion interne et la boite de vitesses, et permettant le pilotage5 d'un dispositif actionneur de l'embrayage, caractérisé en ce que l'embrayage est disposé du côté de la sortie de la boite de vitesses.