Brevet FR2708236A1 — publié le 19950203

Véhicule automobile avec un moteur à combustion interne et un entraînement hydrostatique-mécanique pour des équipements auxiliaires L'invention a pour objet un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne ainsi qu'un groupe hydrostatique-mécanique (hydromécanique) servant à entraîner au moins un équipement auxiliaire et constitué d'une pompe qui peut être entraînée par le moteur du véhicule ainsi que d'un moteur hydrostatique alimenté par la pompe, selon le brevet principal 42 03 528. Du côté sortie du moteur hydrostatique est prévue une machine hydrostatique fonctionnant en pompe ou en moteur, reliée à l'arbre du turbocompresseur et dont la sortie est connectée à l'aspiration de la pompe hydrostatique. Un dispositif de ce genre apparaît dans le brevet DE 40 15 374 qui décrit un dispositif hydromécanique d'entraînement d'équipements auxiliaires d'une automobile, dans lequel ces équipements, séparément ou groupés, peuvent être entraînés par un moteur hydrostatique alimenté par une pompe reliée au dispositif d'entraînement. Le problème est d'obtenir une meilleure utilisation d'un tel groupe hydromécanique d'entraînement. Le brevet principal propose d'associer à ce groupe un turbocompresseur utilisant les gaz d'échappement. Cela conduit à prévoir une machine hydrostatique raccordée à la sortie du moteur hydrostatique, pouvant fonctionner en pompe ou en moteur, reliée à l'arbre du turbocompresseur, et dont la sortie est reliée à l'aspiration de la pompe. On peut aussi éliminer ce qu'on appelle le trou de turbo, qui peut apparaître au démarrage ou à l'accélération sur des véhicules équipés d'un turbocompresseur à gaz d'échappement. Avec cette machine hydrostatique, le turbo accélère rapidement au démarrage ou à l'accélération du véhicule. Par ailleurs, la machine hydrostatique permet de transformer dans le cas d'un surplus d'énergie des gaz d'échappement, l'énergie fournie par le turbocompresseur, en énergie de commande supplémentaire utilisée pour entraîner les équipements auxiliaires et/ou le moteur du véhicule. L'invention a pour objectif de simplifier l'utilisation prévue dans le brevet principal, sur le plan de la fabrication et de la régulation et d'indiquer d'autres utilisations du groupe hydromécanique d'entraînement A cet effet, l'invention concerne un véhicule automobile équipé d'un dispositif propulseur et d'un groupe hydromécanique destiné à l'entraînement d'au moins un équipement auxiliaire, et constitué d'une pompe hydrostatique que peut entraîner le moteur à combustion interne et qui alimente elle-même un moteur hydrostatique, caractérisé en ce que - le dispositif propulseur utilise un moteur à combustion interne pouvant être alimenté par un turbocompresseur à gaz d'échappement, - du côté sortie du moteur hydrostatique est prévue une ma chine hydrostatique, fonctionnant en pompe ou en moteur, reliée à l'arbre du turbocompresseur et dont la sortie est connectée à l'aspiration de la pompe hydrostatique, - un dispositif d'étranglement réglable est associé à la machine hydrostatique pour assurer la régulation de son fonctionnement. L'utilisation d'un groupe hydromécanique pour entraîner un turbocompresseur se trouve simplifiée dans la mesure où on utilise à la place d'une machine hydrostatique réglable, reliée au turbocompresseur, une machine hydrostatique simple reliée à un dispositif d'étranglement réglable, monté en by-pass sur cette machine. Dans une autre configuration de l'invention, le moteur hydrostatique entraînant les équipements auxiliaires est associé à un by-pass équipé d'une simple soupape de commande. Là encore, on se passe d'un moteur hydrostatique réglable. L'invention s'étend à un véhicule dans lequel la pompe d'entraînement des équipements auxiliaires sert également de démarreur. L'utilisation de pompes hydrostatiques comme dispositif de démarrage est connue par les brevets DE 24 62 064 et DE 38 28 642, mais il s'agit dans ce cas d'entraînements de véhicules. La pompe hydrostatique entraînée par le moteur à combustion interne selon le brevet DE 24 62 059, entraîne un moteur hydrostatique relié à l'arbre de transmission du véhicule. Dans le second cas (DE 38 28 642), la pompe hydrostatique fait partie d'un ensemble hydromécanique de répartition de la puissance. Il s'agit, dans les deux cas, de pompes hydrostatiques à hautes puissances, nécessitant pour les utiliser comme démarreur, d'importants accumulateurs hydrauliques. De plus, avec des grosses pompes, le problème des fuites devient important car il impose un accroissement du volume de l'accumulateur. Avec la configuration selon l'invention, tous ces problèmes sont écartés par l'utilisation d'une pompe hydrostatique et d'un accumulateur de pression nettement plus petits, la pompe hydrostatique pouvant remplir plusieurs fonctions. L'invention permet, pour un coût de fabrication supplémentaire faible, de réduire sensiblement la consommation de carburant, dans la mesure où il est possible de couper le moteur, à chaque arrêt du véhicule. En évitant de solliciter excessivement le démarreur électrique classique, le redémarrage est assuré chaque fois par le démarreur hydrostatique Ainsi, on peut économiser jusqu'à 15 W de carburant sur un autobus urbain. Dans une configuration de l'invention, à la pompe hydrostatique servant au démarrage est associée un circuit auxiliaire comprenant un accumulateur de pression, une soupape de commande et une soupape anti-retour. On peut ainsi, sans grand supplément de dépense à la fabrication, complémenter ou remplacer un démarreur électrique classique. Cette utilisation est indépendante du nombre des équipements auxiliaires entraînés et également indépendante du fait que le groupe hydromécanique d'entraînement soit accouplé ou non à un turbocompresseur. L'accumulateur de pression est rechargé, après chaque démarrage, pendant la marche par le moteur à combustion. Le remplissage de l'accumulateur peut être effectué avantageusement, pendant les phases de freinage, en réglant alors la pompe hydrostatique sur son débit maximal. Il se crée alors une surpression, qui surmonte la résistance de la soupape anti-retour, l'accumulateur hydraulique de pression est alors chargé. L'invention est décrite plus en détail ci-après, en regard du dessin annexé représentant schématiquement un exemple de réalisation. La figure 1 montre un dispositif propulseur 10 comprenant un moteur à combustion interne et une transmission et qui par une ligne de commande 11 partant du vilebrequin, entraîne un groupe hydromécanique 12 prévu pour entraîner des équipements auxiliaires NA. Ces équipements NA peuvent comporter un ou plusieurs appareils, entraînés séparément ou en combinaison. Un équipement auxiliaire est de préférence un compresseur à vis, dont la vitesse de rotation est coordonnée avec celle de l'entraîneur hydromécanique 12 qui peut de plus entraîner d'autres équipements montés sur le véhicule, tels qu'un générateur, un ventilateur, une pompe de refroidissement, etc. La transmission hydromécanique 12 est constituée essentiellement d'une pompe hydrostatique entraînée par le dispositif 10, par l'intermédiaire de la transmission 11. La pompe 13 entraîne elle-même, à volonté, une pompe 14 qui peut être accouplée à l'équipement auxiliaire NA. Le circuit correspondant 15 se ferme par des soupapes anti-retour 16 et 17, sur un réservoir d'alimentation en huile. Selon la figure 1, l'entraîneur hydromécanique 12 est prévu pour pouvoir satisfaire une autre utilité, en liaison notamment avec un compresseur à turbine 20. Ici sont montés en série avec la pompe hydrostatique 13 et le moteur hydrostatique 14, une machine hydrostatique 22 fonctionnant en pompe ou en moteur, dont l'arbre 23 est relié à un mécanisme 24, qui peut être relié au turbocompresseur 20 par un accouplement 25. Pour le turbocompresseur, un système à engrenages planétaires à engrènement rapide convient. L'accouplement 25 peut être un accouplement permanent, par exemple un accouplement à denture courbe. Il est également possible de prévoir un accouplement amovible. Lorsque la machine hydrostatique 22 fonctionne en moteur, elle est entraînée par la pompe 13. Pour cela, il est prévu une soupape de commande 29, en dérivation par rapport au moteur 14, et asservie à un dispositif de régulation 28, qui agit sur le circuit hydraulique de manière qu'à l'état fermé, il produise l'entraînement du moteur 14 tandis qu'à l'état ouvert, il permet à la puissance hydrostatique d'alimenter la machine 22. Cette dernière phase de travail correspond au démarrage ou à l'accélération du vé hicule, la pompe hydrostatique réglable 13 étant réglée sur un volume de refoulement plus élevé. Ainsi, le fonctionnement en tout ou rien des équipements auxiliaires évite les pertes d'un fonctionnement à vide. Le montage en série de la machine hydrostatique 22 et de la pompe hydrostatique 14 utilise la puissance résiduelle de l'entraîneur hydrostatique 12 pour compenser les pertes d'entraînement de la machine hydrostatique 22 et par conséquent ne perturbe pas le fonctionnement du turbocompresseur. L'accroissement du volume refoulé couvre le supplément de débit demandé à la pompe 14 pour alimenter les équipements auxiliaires. La machine hydrostatique 22, fonctionnant en moteur dans ce cas peut, avec le mécanisme correspondant 24 du turbocompresseur 20, monter très rapidement à une vitesse de rotation telle que l'air de charge nécessaire à l'alimentation du moteur à combustion interne soit disponible à la pression d'admission correspondante, pratiquement sans délai. Lorsque le véhicule roule dans des conditions normales, c'est-à-dire à une vitesse constante, le débit de refoulement de la pompe hydrostatique 13 est réduit par le dispositif de régulation 28 et la soupape 29 est fermée, de sorte que la puissance de la pompe hydrostatique 13 est transmise intégralement au moteur hydrostatique 14. Dans ces conditions, le turbocompresseur 20 est entraîné par l'énergie des gaz d'échappement, sans recevoir d'énergie supplémentaire de la machine hydrostatique 22. En général, un turbocompresseur est réglé de manière qu'en fonction de la position de la pédale d'accélérateur et de la vitesse du moteur, pour tout point de fonctionnement stationnaire du champ des caractéristiques du moteur, la vitesse optimale soit atteinte et par conséquent la pression d'admission optimale fournie. Si un excès d'énergie de gaz d'échappement vient à être disponible du côté du moteur, cet excès est utilisé par la machine hydrostatique 22 qui, entraînée par le compresseur, fonctionne en pompe et contribue, étant donné qu'elle est accouplée à l'entraîneur hydromécanique 12, à alimenter la pompe 13. I1 y a ainsi récupération d'énergie, non seulement utilisée pour entraîner le turbocompresseur mais également pour soulager le moteur à combustion interne dans son entraînement des équipements auxiliaires NA. En ce qui concerne la machine hydrostatique 22, il s'agit d'une machine non réglable. Le réglage de cette machine est assuré par un dispositif d'étranglement 31, réglable, monté dans une conduite de by-pass 30. On peut ainsi, par des moyens simples, régler le débit de refoulement et par conséquent le fonctionnement de la machine hydrostatique 22, sans avoir à utiliser une machine réglable, très compliquée et coûteuse. Les éléments portant les références 32 et 33 sont des soupapes de limitation de pression, qui peuvent être intégrées dans les canalisations de circulation mais aussi dans les machines hydrostatiques. La figure 2 montre une autre utilisation d'un groupe hydromécanique 12 accouplé à un entraîneur 10. Cette utilisation consiste à faire jouer à la pompe hydrostatique 13, raccordée au vilebrequin 40 du moteur à combustion interne, le rôle de démarreur. Pour cela, la pompe 13 est équipee d'un by-pass 43 contenant une soupape de commande 41 et un accumulateur de pression 42. Dans ce cas, le dispositif de réglage 28 comporte, dans son programme, une fonction qui commande une charge régulière de l'accumulateur de pression 42 et sa décharge pour les opérations de démarrage. En marche normale du véhicule, la pompe hydrostatique 13 ainsi qu'un dispositif d'étranglement 44 monté dans un by-pass 45 du moteur hydrostatique 14, sont régulés en fonction du besoin d'énergie des équipements auxiliaires NA. On peut de plus prévoir une commande qui, après chaque démarrage, recharge l'accumulateur de pression réalisé en accumulateur hydraulique. Ceci peut, par exemple, être obtenu au moyen d'un temporisateur qui, après démarrage du moteur à combustion interne, règle la pompe hydrostatique 13 sur son débit de refoulement maximal, puis, après un délai donné ou après dépassement d'une pression mesurée sur le circuit de démarrage 43, ramène le débit à un réglage normal. Dans une forme de réalisation préférée, le processus de charge est mis en route par une opération de freinage déclenchée par le conducteur. Ceci peut être obtenu en amenant, par enfoncement de la pédale de frein, la pompe hydrostatique 13 à son débit maximal et en utilisant la surpression ainsi engendrée pour surmonter l'opposition d'une soupape anti-retour 45 située en amont de l'accumulateur de pression 42, dans le circuit de démarrage. Pendant le fonctionnement du dispositif d'entraînement 10, la soupape de commande 41 montée sur le circuit de démarrage 43 est fermée. Pour le démarrage, on ouvre au moyen de la clé de contact, par l'intermédiaire du dispositif de régulation 28, la soupape de commande 41, de sorte que l'énergie de pression contenue dans l'accumulateur 42 vient se décharger dans l'entrée de la pompe hydrostatique 13, qui entraîne elle-même le vilebrequin 40 de l'unité d'entraînement 10 et déclenche le démarrage du moteur à combustion interne. Une fois le démarrage effectué, la soupape de commande 41 est refermée, et l'opération de recharge de l'accumulateur de pression 42, de la manière indiquée plus haut, est enclenchée tout de suite ou au plus tard lors du prochain freinage. Il va de soi que l'on peut combiner les utilisations des figures 1 et 2, ctest-à-dire que l'entraîneur hy dromécanique 12 peut être utilisé aussi bien pour faire fonctionner les équipements auxiliaires NA que pour optimiser le fonctionnement d'un turbocompresseur 20 et pour démarrer le moteur. R E V E N D I C A T I O N S 10) Véhicule automobile équipé d'un dispositif propulseur (10) et d'un groupe hydromécanique destiné à l'entraînement d'au moins un équipement auxiliaire (NA), et constitué d'une pompe hydrostatique (13) que peut entraîner le moteur à combustion interne et qui alimente elle-même un moteur hydrostatique (14), caractérisé en ce que - le dispositif propulseur utilise un moteur à combustion interne pouvant être alimenté par un turbocompresseur à gaz d'échappement (20), - du côté sortie du moteur hydrostatique (14) est prévue une machine hydrostatique (22), fonctionnant en pompe ou en moteur, reliée à l'arbre du turbocompresseur et dont la sortie est connectée à l'aspiration de la pompe hydro statique (13), - un dispositif d'étranglement (31) réglable est associé à la machine hydrostatique (22) pour assurer la régulation de son fonctionnement. 20) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance de moteur hydrostatique (14) est commandée par une soupape (29) montée dans une conduite de by-pass (45). 30) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe hydrostatique (13) peut servir de démarreur du dispositif propulseur (10). 40) Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'à la pompe hydrostatique (13) est associé un accumulateur de pression (42), qui peut être relié par une soupape de commande (41) à l'aspiration de la pompe hydrostatique. 50) Véhicule selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la sortie sous pression de la pompe hydrostatique (13) est reliée par une soupape anti-retour (45) à un accumulateur de pression (42) réalisé en accumulateur hydraulique.