Brevet FR2749352A1 — publié le 19971205

Etat de la technique L'invention concerne une unité d'entraînement ou de démarrage pour moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur avec au moins deux méthodes de démarrage et avec un dispositif de démarrage qui est équipé d'un dispositif auto- matique d'UTILISATION de la FORCE VIVE avec un embrayage pla- cé entre l'arbre d'entraînement du moteur à combustion interne et une boîte de vitesse, avec un appareil électrique de commande servant à recevoir et à délivrer des signaux de commande pour l'unité d'entraînement et pour la boîte de vi- tesse. On connaît une unité d'entraînement de ce type (DE-30 48 972 C2). De nouvelles conceptions de véhicules qui sont en particulier optimisées en ce qui concerne la protection de l'environnement et la consommation de carburant, sont conçues de préférence d'une façon telle que le moteur à combustion interne est coupé, quand le véhicule à moteur est à l'arrêt, par exemple devant un feu de circulation, et pendant des pha- ses de fonctionnement au cours desquelles il n'est pas exigé du moteur à combustion interne de couple d'entraînement. On peut mettre en oeuvre un mode de fonctionnement de ce type par un système automatique de MARCHE-ARRET (SSA) et un sys- tème automatique d'UTILISATION de la FORCE VIVE du véhicule (SNA). Dans le cas des véhicules avec SSA le nombre des dé- marrages par rapport à ceux des véhicules conventionnels aug- mente de 30 000 à 200 000 et dans le cas des véhicules avec SNA à plus de 400 000. On peut équiper le véhicule d'un dé- marreur conventionnel dont la masse a été minimisée au moyen de mesures particulières pour un fonctionnement avec SSA. Mais il subsiste un problème, celui de la zone ouverte, non lubrifiée du pignon du démarreur et de la couronne dentée, dans laquelle le pignon doit être engrené pendant le démar- rage. Pour des nombres assez élevés de démarrage une telle solution ne convient plus. Une solution de secours consiste- rait à avoir une couronne dentée baignant dans l'huile. Dans le cas de l'état de la technique mentionné au début, il a été proposé une installation de démarrage à impulsion qui produit peu d'usure et peu de bruit. Dans ce cas l'énergie nécessaire au démarrage est stockée dans un vo- lant d'inertie qui est monté de façon à pouvoir tourner li- brement sur l'arbre du vilebrequin. Pour le démarrage du moteur à combustion interne on fait monter le moteur à une vitesse de rotation suffisamment élevée en fermant l'em- brayage situé du côté du moteur. Pour le premier démarrage dans des conditions de température extrêmement basses on a des temps de montée en régime du volant d'inertie d'une longueur qui n'est pas ac- ceptable. Pour des démarrages répétés quand le moteur à com- bustion interne est chaud, par exemple quand le véhicule est arrêté à un feu de circulation ou se trouve à la fin d'une phase de poussée il se produit aussi des temps de montée en régime qui ne sont pas acceptables, quand on laisse le volant d'inertie tourner complètement jusqu'à l'arrêt. On rencontre le même problème aussi dans le cas d'un mode de construction tel que celui qui est décrit dans le document DE-29 17 139 Ai. Dans le cas de cette unité d'en- traînement connue on peut accoupler et découpler une masse d'inertie à l'arbre du vilebrequin et on peut continuer à laisser tourner le moteur à combustion interne en cas de dé- célération, de freinage ou quand il fonctionne en poussée, à une vitesse de rotation minimale, en coupant la ligne de transmission, par exemple à la vitesse de rotation du ralen- ti. Dans le cas d'arrêts de brève durée, tels que ceux aux feux de circulation ou analogues, on coupe également la ligne de transmission, mais dans ce cas on arrête le moteur à com- bustion interne, alors que la masse d'inertie continue à tourner et alors pour faire repartir le moteur à combustion interne on accouple à nouveau celui-ci au moyen de l'em- brayage. Dans ce cas il est également possible, dans le cas o la vitesse de rotation de la masse d'inertie a chuté trop fortement, d'utiliser un moteur électrique pour maintenir la vitesse de rotation de la masse d'inertie à un niveau de vi- tesse de rotation déterminé. Au total toutefois lors de l'utilisation d'un dé- marreur classique ou d'un démarrage à impulsion au moyen d'un volant d'inertie pouvant être accouplé on n'a pu remplir que partiellement les exigences posées par les démarrages répétés en ce qui concerne le temps de démarrage, la faiblesse du bruit, l'usure, la durée de vie et la capacité électrique des systèmes pour faire face au nombre élevé exigé de 400 000 cy- cles de démarrage. Avantages de l'invention L'invention a pour objet d'éviter ces inconvé- nients et de créer une unité d'entraînement pour un moteur à combustion interne qui choisisse automatiquement dans toutes les phases de démarrage la méthode optimale de démarrage. On résout ce problème grâce au fait que la boîte de vitesse est une boîte de vitesse automatique, qu'en outre le dispositif de démarrage se compose d'un démarreur conventionnel en com- binaison avec un démarreur/générateur et que le fonctionne- ment de l'unité d'entraînement est fonction des conditions extérieures dans lesquelles selon ce qui a été prédéfini on peut activer soit le démarreur conventionnel, soit le démar- reur/générateur, soit les deux en même temps. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - les conditions extérieures sont les températures du moteur à combustion interne mesurées respectivement par un capteur de température. Il est en effet avantageux de pouvoir di- rectement prélever sur le moteur à combustion interne les conditions extérieures, car la température du moteur à com- bustion interne est le meilleur indice pour les conditions de démarrage correspondantes. - quand le moteur à combustion interne est froid le démarreur conventionnel et le démarreur/générateur assument en commun la fonction de démarrage. On dispose ainsi dans la phase de démarrage de deux machines pour établir la force de mise en rotation. - le démarreur conventionnel est fortement démultiplié pour le démarrage à froid. On peut ainsi réaliser plus facile- ment un démarrage à froid aux basses températures. - quand la température du moteur à combustion interne se trouve au dessus de 30 à 40 C, on peut faire assumer la fonction de démarreur par le démarreur/générateur tout seul. Il est avantageux en effet de ménager le démarreur conventionnel lors du fonctionnement en MARCHE-ARRET et en UTILISATION de la FORCE VIVE. - le démarreur/générateur est disposé entre l'embrayage et le moteur à combustion interne. - dans le cas o est installé un système automatique d'UTILI- SATION de la FORCE VIVE, il est prévu une mise hors circuit temporaire des appareils utilisateurs. Il est en effet avantageux de ne pas surcharger le réseau de bord. - le démarreur/générateur est constitué sous la forme d'une machine de démarrage/générateur, à commutation électronique et est disposé entre l'embrayage et la boîte de vitesse au- tomatique. Ceci est avantageux car alors - en remplacement du volant d'inertie - on constitue un générateur de courant de bonne puissance qui peut fournir suffisamment d'énergie au réseau de bord. De cette façon on économise la capacité de la batterie. En outre la machine démarreur/générateur est largement exempte d'usure. - le démarreur/générateur est constitué sous la forme d'une machine de démarrage/générateur, à commutation électroni- que, et est raccordé à une transmission intermédiaire qui est disposée avant la boîte de vitesse automatique sur la ligne de transmission. L'utilisation d'une telle transmis- sion intermédiaire est avantageuse car de cette façon on peut réaliser la machine démarreur/générateur de façon plus petite et plus légère. - le générateur de la machine formant démarreur/générateur à commutation électronique peut être entraînée aussi bien par le moteur à combustion interne que par aussi l'énergie du véhicule roulant. De cette façon on peut utiliser aussi l'énergie cinétique du véhicule pour une alimentation sup- plémentaire du réseau de bord. - la boîte de vitesse automatique est montée de telle façon que pendant la phase de roulement du véhicule on peut en- clencher la vitesse appropriée pour avoir un rendement fa- vorable de la génératrice. De cette façon on a aussi l'avantage de pouvoir pleinement utiliser les particulari- tés d'une boîte de vitesse automatique, en faisant en sorte que s'enclenche automatiquement la vitesse qui est favora- ble pour produire du courant. Dessins La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir de trois modes de réalisation et d'un mode de réalisation selon l'état de la technique, représentés sur les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre un exemple de réalisation selon l'état de la technique, - la figure 2 montre une première réalisation de l'invention, - la figure 3 montre une deuxième réalisation de l'invention et - la figure 4 montre une troisième réalisation de l'inven- tion. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre une unité d'entraînement 1 avec un moteur à combustion interne 2 et une boîte de vitesse automatique (ASG) 3 qui a un arbre d'entrée 4 qui peut être séparé du moteur à combustion interne 2 par un embrayage 5. L'actionnement de l'embrayage 5 et le choix de la vitesse ont lieu en fonction de la vitesse de rotation ou du nombre de tour d'un appareil de commande électrique 6 au moyen de ser- vocommandes non représentées. En outre on a prévu un généra- teur 7 qui est entraîné par l'intermédiaire d'un entraînement à courroie 8 sur le côté gauche, sur la figure, du moteur à combustion interne 2. Un démarreur 9, constitué sous la forme d'un démarreur conventionnel à commande positive électroma- gnétique se trouve sur l'autre côté (droit) du moteur à com- bustion interne 2. Il peut entraîner et faire démarrer en cas de besoin le moteur à combustion interne 2 au moyen d'une couronne dentée 10. On n'a pas représenté les commandes de l'appareil de commande 6 et du démarreur 9. Sous la couronne entée 10 est disposé un volant d'inertie. Sur la figure 2 on a représenté une unité d'en- traînement 11 pour un moteur à combustion interne 12 qui a également un démarreur conventionnel 13. On utilise ici une machine à volant d'inertie (SRM) à commutation électronique, désignée par la référence 14 qui peut fonctionner aussi bien comme démarreur que comme générateur aussi. Un appareil de commande 15 assume la commande du démarreur/générateur 14. Dans ce cas, le mode de fonctionnement de l'unité d'entraîne- ment 11 est, selon l'invention, fixé de telle façon que quand le moteur à combustion interne est à des températures se trouvant en dessous de 30 à 40 C, le démarreur 13 et le dé- marreur/générateur 14 fonctionnent en moteur, en assurant en commun la fonction de démarrage. A des températures supérieu- res à 40 C la fonction de démarrage est assumée par le démar- reur/générateur 14 tout seul qui est exempt d'usure. Une boîte de vitesse automatique 16 est séparée par un embrayage ouvert 17 pendant le processus de démarrage du démar- reur/générateur 14. Au moyen d'une ligne de commande 18, re- présentée en tirets, on communique à un appareil de commande la position respective de la boîte de vitesse automatique 16. En outre une ligne va de l'appareil de commande 15 à un capteur de température 19 sur le moteur à combustion interne 12. La figure 3 montre une unité d'entraînement 21 pour un moteur à combustion interne 22 avec un démarreur con- ventionnel 23 et une machine démarreur/générateur 24, à com- mutation électronique qui est disposée sur un arbre d'entrée de la boîte de vitesse, c'est-à-dire que la machine démar- reur/générateur 24 se trouve sur le dessin à droite d'un em- brayage 26. Cette machine 24 constitue aussi par son rotor un volant d'inertie du moteur à combustion interne 22. On a dé- signé par la référence numérique 29 un capteur de tempéra- ture. Dans le cas de températures du moteur à combus- tion interne situées en dessous de 30 à 40 C le démarreur conventionnel 23 et la machine démarreur/générateur 24 fonc- tionnent en moteur, et assument ensemble la fonction de dé- marrage. Dans le cas de températures supérieures à 40 C la fonction de démarrage est assumée uniquement par la machine démarreur/générateur 24 qui fonctionne largement sans usure. Pour que ceci soit possible, l'embrayage 26 doit être fermé et une boîte de vitesse automatique 27 (ASG) doit se trouver en position neutre. On a désigné par la référence numérique 28 un appareil de commande. La figure 4 traite finalement d'une unité d'en- traînement 31 d'un moteur à combustion interne 32, par lequel une machine démarreur/générateur 33, à commutation électroni- que, est reliée au moyen d'une transmission intermédiaire 34 à partir d'une boîte de vitesse automatique 35 ou d'un arbre intermédiaire à la boîte de vitesse ou à la ligne de trans- mission. Il est également pensable de recourir à une disposi- tion concentrique à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesse. On a désigné par la référence numérique 36 un appareil de commande et par la référence numérique 39 un capteur de tem- pérature. La machine démarreur/générateur 33 est précisément constituée comme la machine démarreur/générateur 24 selon la figure 3. Dans le cas de températures du moteur à combus- tion interne se trouvant en dessous de 30 à 40 C, un démar- reur conventionnel 37 et la machine démarreur/générateur 33, fonctionnant en moteur, assument ensemble la fonction de dé- marrage. Dans le cas de températures du moteur à combustion interne plus élevées, la fonction de démarrage est assumée uniquement par la machine démarreur/générateur 33 qui fonc- tionne largement sans usure. Pour que ceci soit possible dans ce cas, il faut qu'un embrayage 38 soit fermé et que la boîte de vitesse automatique 35 soit en position neutre. Vues dans leur ensemble, il y a lieu de dire pour les unités d'entraî- nement 11, 21 et 31 selon les figures 2, 3 et 4, que pour des démarrages à des températures du moteur à combustion interne, situées en dessous de 30 à 40 C, on doit concevoir la machine avec volant d'inertie SRM quand le moteur est en fonctionne- ment pour environ la moitié du couple d'entraînement du dé- marreur conventionnel selon la figure 1, dans le cas d'une température limite de démarrage à froid se situant à -25 à -28oC. Le démarreur conventionnel 13, 23 et 36 des réalisa- tions selon les figures 2, 3 et 4 assume de son côté l'autre moitié en cas de démarrage à froid. De cette manière on peut nettement réduire la dimension hors tout aussi bien du démar- reur conventionnel que la dimension hors tout aussi de la ma- chine à volant d'inertie, ou de la machine démar- reur/générateur. Une réduction correspondante vaut aussi pour le circuit électronique de puissance dans l'appareil de com- mande 15, 28 et 36, car on ne doit plus commuter que des cou-5 rants à moitié aussi forts que ceux que l'on a dans le cas d'un démarreur/générateur à volant d'inertie pour le plein couple de démarrage. En, outre on a la possibilité de conce- voir le démarreur conventionnel avec une forte démultiplica- tion, c'est-à-dire principalement pour les températures10o limites à froid de -25 C à -28 C, et de transférer le soutien à régime élevé à la machine démarreur/générateur 24, 33, à commutation électronique. Ceci se traduit par une nouvelle réduction du démarreur conventionnel. Par comparaison avec le démarreur conventionnel 9, selon la figure 1, le nombre d'ac- tionnement pour les démarreurs conventionnels 12, 23 et 37 des figures 2, 3 et 4 se réduit nettement respectivement seu- lement aux démarrages par trajet, dans le cas desquels la température du moteur se trouve encore en dessous de 30 à C. Une machine à volant d'inertie, telle que celle que l'on a représentée à la figure 2, ne peut pas dans la plupart des cas être constituée avec une batterie de 12 volts, habituelle aujourd'hui, en raison de la chute de tension élevée sur les semi-conducteurs de puissance en cas d'intensités très élevées. Il est nécessaire d'avoir un pas- sage du réseau de bord en 24 volts. Dans le cas des exemples de réalisation selon les figures 3 et 4, on peut encore réaliser des solutions en 12 volts. La machine démarreur/générateur selon la figure 4 peut, du fait de la transmission intermédiaire 34, être réa- lisée sous une forme plus petite et plus légère. Dans ce cas en utilisant complètement les survitesses de rotation aujour- d'hui maîtrisables il est possible d'avoir des démultiplica- tions par transmission intermédiaire de 2,5 à 3. Par ailleurs on soumet alors la synchronisation de la boîte de vitesse à des exigences plus élevées qu'aujourd'hui. La raison en est le moment d'inertie opérationnel plus élevé de la machine dé- marreur/générateur démultipliée par rapport à une réalisation selon la figure 3. Dans le cas des modes de construction se- lon les figures 3 et 4, le volant d'inertie de la machine dé- marreur/générateur 24 ou 23 doit présenter un moment d'inertie minimal suffisant, afin que pendant les processus d'embrayage le moteur à combustion interne 22 ou 32 ne cale pas. Des à-coups pendant la mise en prise de la ligne de transmission et la sollicitation de la synchronisation peuvent être réduits par une désexcitation de la génératrice pendant le processus de mise en prise. Il est également pen- sable de recourir à une synchronisation active. Dans le cas de la réalisation selon la figure 2, le moment d'inertie du rotor du démarreur/générateur 14 peut être complètement rem- placé par celui du volant d'inertie selon le mode de cons- truction de la figure 1. La machine démarreur/générateur 24 ou 23 peut, en raison de ses dimensions hors tout, délivrer quand la généra- trice est en fonctionnement, par comparaison avec des généra- trices conventionnelles des intensités plus élevées au réseau de bord avec un rendement relativement bon. Pour le fonction- nement conventionnel on devrait surdimensionner largement une machine à volant d'inertie conçue pour la pleine puissance de démarrage en fonctionnement en générateur, dans le cas des petits véhicules allant jusqu'aux véhicules moyens. Malgré cela une telle machine, en fonctionnement en MARCHE-ARRET (SSA) ne peut fournir un bilan de charge équilibré qu'en liaison avec une batterie plus grande, car la consommation d'énergie électrique pendant environ un tiers du temps de marche doit être couverte par la batterie. En cas de fonc- tionnement par UTILISATION de la FORCE VIVE, la situation se dégrade encore davantage, car le moteur à combustion interne peut rester arrêter jusqu'à deux tiers du temps de marche du véhicule, si l'on part en plus d'un tiers du temps de roule- ment sans que le moteur à combustion interne tourne. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 2, il ressort de la conception qu'on doit déjà avoir une génératrice très forte, pour qu'elle soit suffisante pour un fonctionnement en MARCHE-ARRET. En passant à un fonction- nement avec UTILISATION de la FORCE VIVE on ne peut atteindre un bilan de charge équilibré, si on le peut, qu'en liaison avec un débranchement des appareils utilisateurs et avec une batterie nettement plus grande. Ce problème se présente d'une manière sensible- ment plus favorable dans le cas des exemples de réalisation selon les figures 3 et 4. Dans ce cas le générateur, qui constitue le moment d'inertie du volant d'inertie, est en- traîné par l'énergie cinétique du véhicule pendant qu'il roule. Avec la boîte de vitesse automatique (ASG) on peut pendant la phase de roulement du véhicule, quand l'embrayage est ouvert, veiller à avoir même une vitesse de rotation plus favorable de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesse ou de l'arbre du générateur grâce à un enclenchement automatique de la vitesse la plus favorable, de telle sorte que l'on puisse obtenir le bon rendement du générateur. Au total on obtient par rapport à une installa- tion de machine à volant d'inertie selon la figure 2, avec les solutions selon les figures 3 et 4 une installation hy- bride de démarrage, relativement légère, d'un volume encore supportable, mais économique, pour la pleine puissance de dé- marrage qui assure en même temps un bon fonctionnement du gé- nérateur en liaison avec une batterie un peu augmentée. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Unité d'entraînement ou de démarrage pour moteur à com- bustion interne (12, 22, 32) d'un véhicule à moteur avec au moins deux méthodes de démarrage et avec un dispositif de dé-5 marrage qui est équipé d'un système automatique d'UTILISATION de la FORCE VIVE et avec un embrayage (17, 26, 38) placé en- tre l'arbre d'entraînement du moteur à combustion interne (12, 22, 32) et une boîte de vitesse (16, 27, 35), et avec un appareil électrique de commande (15, 28, 36) servant à rece- voir et à délivrer des signaux de commande pour l'unité d'en- traînement et pour la boîte de vitesse, caractérisée en ce que * la boîte de vitesse (16, 27, 35) est une boîte de vitesse automatique, a le dispositif de démarrage se compose d'un démarreur con- ventionnel (13, 23, 37) en combinaison avec un démar- reur/générateur (14, 24, 33) et, * le fonctionnement de l'unité d'entraînement (11, 21, 31) est fonction des conditions extérieures dans lesquelles se- lon ce qui a été prédéfini on peut activer soit le démar- reur conventionnel (13, 23, 37), soit le démarreur/ générateur (14, 24, 33), soit les deux en même temps. ) Unité d'entraînement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conditions extérieures sont les températures du moteur à combustion interne (12, 22, 32), mesurées respectivement par un capteur de température (19, 29, 39). 3 ) Unité d'entraînement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que quand le moteur à combustion interne (12, 22, 32) est froid le démarreur conventionnel (13, 23, 37) et le démar- reur/générateur assument en commun la fonction de démarrage. 4 ) Unité d'entraînement selon la revendication 3, caractérisée en ce que le démarreur conventionnel (13, 23, 37) est fortement démul- tiplié pour le démarrage à froid. ) Unité d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que quand la température du moteur à combustion interne se trouve au dessus de 30 à 40 C, on peut faire assumer la fonction de démarreur par le démarreur/générateur (14, 24, 33) tout seul. 6 ) Unité d'entraînement selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que le démarreur/générateur (14) est disposé entre l'embrayage (17) et le moteur à combustion interne (12). ) Unité d'entraînement selon la revendication 6, caractérisée en ce que dans le cas o est installé un système automatique d'UTILISA- TION de la FORCE VIVE, il est prévu une mise hors circuit temporaire des appareils utilisateurs. 8 ) Unité d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le démarreur/générateur est constitué sous la forme d'une ma- chine de démarrage/générateur (24), à commutation électroni- que et est disposé entre l'embrayage (26) et la boîte de vitesse automatique (27). 9 ) Unité d'entraînement selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que le démarreur/générateur est constitué sous la forme d'une ma- chine de démarrage/générateur (33), à commutation électroni- que, et est raccordé à une transmission intermédiaire (34) qui est disposée avant la boîte de vitesse automatique (35) sur la ligne de transmission. ) Unité d'entraînement selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le générateur de la machine formant démarreur/générateur (24, 33) à commutation électronique peut être entraînée aussi bien par le moteur à combustion interne (22, 32) que par aussi l'énergie du véhicule roulant. 11 ) Unité d'entraînement selon l'une des revendications 8 à , caractérisée en ce que la boîte de vitesse automatique (27, 35) est montée de telle façon que pendant la phase de roulement du véhicule on peut enclencher la vitesse appropriée pour avoir un rendement fa- vorable du générateur.