Brevet FR2826694A1 — publié le 20030103

L'invention concerne un système de démarreuralternateur pour un moteur à combustion interne. Ce système est notamment destiné à être appliqué à des véhicules automobiles. On connaît déjà des systèmes réunissant en une seule machine électrique un démarreur et un alternateur. On peut notamment citer le document FR-2 785 020 qui décrit un système de démarreur-générateur disposé entre un moteur à combustion interne et une boîte de vitesses. Ce système comprend un démarreur et un train planétaire interposés dans un train d'arbre formant la liaison d'entraînement entre le moteur et la boîte de vitesse. Par rapport à des appareils individuels séparés, c'est-à-dire un alternateur en tant que générateur et un démarreur pour lancer le moteur, un tel système permet une standardisation poussée et une diminution du nombre de pièces différentes et autorise les modes de fonctionnement les plus divers. Cependant, pour assurer les différents modes de fonctionnement, ce système doit comprendre trois dispositifs de blocage ou d'embrayage pour permettre la commande des différents composants du système. La présence de ces trois dispositifs et leurs commandes associées rendent ce système relativement complexe. L'invention a donc tout d'abord pour objet de proposer un système de démarreur-alternateur pour un moteur à combustion interne qui soit de conception et de commande simplifiées. Par ailleurs, le système de démarreur-alternateur décrit dans le document FR-2 785 020 présente un encombrement relativement important. En effet, le système de démarreur-alternateur décrit dans ce document est disposé entre le moteur à combustion interne et la boîte de vitesses, ces trois éléments étant placés coaxialement. Un autre but de l'invention est donc de proposer un système de démarreur-alternateur conçu pour un groupe motopropulseur à encombrement réduit. Ainsi, l'invention concerne un système de démarreur-alternateur pour un moteur à combustion interne, ce système comprenant une machine électrique et un mécanisme de commande de ladite machine, ce dernier comportant un train épicycloïdal avec une couronne à denture intérieure, un porte-satellites possédant des satellites, et un planétaire, disposés coaxialement entre eux et par rapport à l'arbre d'entrée-sortie de la machine électrique, caractérisé en ce que le mécanisme de commande comporte en outre au plus deux dispositifs de blocage commandés, l'un d'eux étant associé au portesatellites, et au moins une roue libre associée à un élément du train épicycloïdal, la commande des dispositifs de blocage permettant le fonctionnement de la machine électrique en mode démarreur ou en mode alternateur. Ce système permet une commande simplifiée du système démarreur-alternateur. L'arbre de la machine électrique peut avoir le même axe que le vilebrequin du moteur à combustion interne. Cependant, de façon préférée, ce système de démarreur-alternateur est disposé de telle sorte que l'arbre'd'entrée-sortie de la machine électrique soit décalé axialement par rapport au vilebrequin du moteur à combustion interne. Ceci permet de réduire l'encombrement du groupe motopropulseur comprenant le système de démarreuralternateur et le moteur à combustion interne. Dans une première variante de réalisation, l'arbre de la machine électrique est relié au vilebrequin par l'intermédiaire de la couronne du train épicycloïdal, la couronne portant alors également une denture extérieure, et d'un système de transmission. Dans une deuxième variante de réalisation, l'arbre de la machine électrique est dans le prolongement de l'arbre à cames du moteur à combustion interne. Dans la première variante de réalisation, les éléments du train épicycloïdal sont disposés autour de l'arbre de la machine électrique, le porte-satellites étant disposé entre la machine électrique et le planétaire. Par ailleurs, un premier dispositif de blocage est associé au planétaire, tandis qu'un deuxième dispositif de blocage est associé au porte-satellites. Enfin, une première roue libre est avantageusement prévue entre le planétaire et l'arbre de la machine électrique, tandis qu'une deuxième roue libre est prévue entre le porte-satellites et l'arbre. Dans la deuxième variante de réalisation, les éléments du train épicycloïdal sont disposés autour de l'arbre de la machine électrique et de l'arbre à cames. Le mécanisme de commande comporte un premier dispositif de blocage associé au porte-satellites et un deuxième dispositif de blocage associé à la couronne. Enfin, la couronne est liée en rotation avec l'arbre de la machine électrique, le planétaire est solidaire en rotation de l'arbre à cames et une roue libre est prévue entre les satellites et l'arbre à cames. Les dispositifs de blocage utilisés peuvent être constitués par un frein électromagnétique ou un système hydraulique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples non limitatifs, et qui est faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une première variante de réalisation du système de démarreur-alternateur selon l'invention, disposé de façon décalée axialement par rapport au vilebrequin du moteur à combustion interne, et - la figure 2 est une autre variante du système de démarreur-alternateur selon l'invention, disposé coaxialement avec l'arbre à cames du moteur à combustion interne. En référence tout d'abord à la figure 1, le système de démarreur-alternateur selon l'invention comprend une machine électrique 1, avec un arbre d'entrée-sortie 10, et un mécanisme de commande 2 placé dans un carter 20, composé ici de trois éléments portant les références 210, 211 et 212. La référence 3 désigne le moteur à combustion interne, avec son vilebrequin 30. La référence 31 désigne le carter moteur et la référence 32 un carter d'étanchéité par rapport à l'embrayage. La figure 1 montre que l'arbre 10 de la machine électrique 1 est décalé par rapport à l'axe du vilebrequin 30. Dans l'exemple représenté, le système de démarreur-alternateur est situé au-dessus du moteur à combustion interne, de façon décalée. On va maintenant s'intéresser au mécanisme de commande 2 associé à la machine électrique 1. Ce mécanisme de commande comporte un train épicycloïdal composé d'un planétaire 21, prenant la forme d'un pignon, d'un porte-satellites 22 avec des satellites 220 et enfin d'une couronne 23. Tous les composants du train épicycloïdal sont disposés coaxialement entre eux et par rapport à l'arbre 10. Le planétaire 21 est relié à l'arbre 10 de la machine électrique par l'intermédiaire d'une roue libre 24. Au planétaire 21 est associé un premier dispositif de blocage 25 comprenant un piston annulaire 250 sur lequel peut être exercée une pression hydraulique, ce piston pouvant actionner un frein 251, en prise avec le planétaire 21. Une deuxième roue libre 26 est prévue entre le porte-satellites 22 et l'arbre 10. Le mécanisme de commande 2 comporte un deuxième dispositif de blocage 27 qui est associé au portesatellites 22. Les satellites 220 sont disposés entre le planétaire 21 et la couronne 23 qui comporte une denture intérieure. Cette couronne 23 comporte également une denture extérieure qui lui permet d'être en prise avec la roue dentée 33 qui est coaxiale avec le vilebrequin 30. Enfin, la référence 34 désigne le volant moteur. Comme on le verra dans la suite de la description, la présence de la roue dentée 33 est indispensable pour assurer l'entraînement. C'est pourquoi, pour ne pas augmenter l'inertie, on utilise de préférence une roue dentée 33 et un volant moteur 34 allégés, de façon à ce que l'inertie globale corresponde à celle d'un volant moteur classique. Dans cette variante de réalisation, la boîte de vitesses est placée derrière le volant moteur 34, c'est- à-dire à gauche de celui-ci en regardant la figure 1. On notera que, dans l'exemple représenté à la figure 1, la roue dentée 33 et le volant moteur 34 sont placés de part et d'autre du carter d'étanchéité 32. Cette disposition, et la présence du carter d'étanchéité, est nécessaire dans le cas où l'on utilise un embrayage sec car la pignonerie du système de commande doit être lubrifiée et il faut protéger l'embrayage ainsi que le volant moteur. Si, au contraire, on utilise un embrayage humide, le carter d'étanchéité est inutile et la roue dentée 33 et le volant moteur 34 peuvent être réalisés en une seule pièce, constituant alors un volant moteur classique. Le mode de fonctionnement du système de démarreuralternateur décrit en référence à la figure 1 est le suivant. Lorsque la machine électrique 1 fonctionne en démarreur, le planétaire 21 est bloqué par l'intermédiaire du premier dispositif de blocage 25. Ce blocage est réalisé par l'intermédiaire du piston annulaire 250 sur lequel on fait agir une pression hydraulique pour assurer le déplacement du piston et donc du frein 251 en direction de la machine électrique 1. La roue libre 24 tourne alors librement et elle est entraînée par l'arbre 10 de la machine électrique. Par contre, la roue libre 26 est bloquée, de telle sorte que l'arbre 10 de la machine électrique entraîne le porte-satellites 22 par l'intermédiaire de la roue libre 26. Ainsi, les satellites 220 tournent à la fois autour du planétaire 21 et sur eux-mêmes, puisque le planétaire 21 est bloqué. Les satellites 220 entraînent donc la couronne 23, laquelle entraîne également la roue dentée 33 et donc le vilebrequin 30 du moteur 3. Lorsque la machine électrique 1 fonctionne en alternateur, le moteur est déjà démarré et le vilebrequin 30 tourne de plus en plus vite. Le dispositif de blocage 25 est désactivé, la pression hydraulique étant relâchée. Ainsi, le planétaire 21 peut tourner librement et entraîner l'arbre 10 de la machine électrique 1, par l'intermédiaire de la roue libre 24 qui, cette fois, est bloquée. Par contre, le porte-satellites 22 est bloqué par le deuxième dispositif de blocage 27 qui est alors activé. En conséquence, les satellites 220 ne peuvent tourner que sur eux-mêmes. Le vilebrequin 30 entraîne la roue dentée 33 qui, à son tour, entraîne la couronne 23. La couronne 23 entraîne, quant à elle, les satellites 220 qui ne tournent que sur eux-mêmes et entraînent le planétaire 21. Ce dernier entraîne l'arbre 10 de la machine électrique 1 par l'intermédiaire de la roue libre 24 qui est bloquée. Dans ce mode de fonctionnement, la roue libre 26 est libre et il n'y a pas d'interférence entre l'arbre 10 de la machine électrique 1 et le porte-satellites 22. Le dispositif de blocage 27 est, dans cet exemple de réalisation, un frein électromagnétique et le dispositif de blocage 25 est un système hydraulique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et l'on pourrait inverser le système hydraulique et le frein électromagnétique, utiliser deux systèmes hydrauliques ou encore deux freins électromagnétiques ou encore d'autres systèmes. Par ailleurs, la liaison entre le vilebrequin 30 et la couronne 23 peut être réalisée par tout moyen approprié, autre que la roue 33, par exemple une chaîne ou une courroie. On se réfère maintenant à la figure 2 qui illustre une autre variante de réalisation du système de démarreur-alternateur selon l'invention. Ce système comporte une machine électrique 4 et un mécanisme de commande 5 associé à cette machine électrique. Le mécanisme de commande 5 est, comme précédemment, disposé coaxialement à l'arbre 40 de la machine électrique. Il est également coaxial avec le tronçon d'arbre 60 qui est dans le prolongement de l'arbre à cames 6 du moteur à combustion interne. En effet, l'arbre d'entrée-sortie 40 de la machine électrique et le tronçon d'arbre 60 sont dans le prolongement l'un de l'autre. On notera que dans cette variante de réalisation, l'arbre à cames est le seul élément du moteur à combustion interne qui soit représenté sur la figure. Le mécanisme de commande 5 comporte un carter 50 réalisé en deux éléments 501 et 502. A l'intérieur de ce carter, le mécanisme de commande 5 comporte un train épicycloïdal possédant un planétaire 51, sous la forme d'un pignon, un portesatellites 52 avec des satellites 520 et enfin, une couronne 53. Dans cette variante de réalisation, le planétaire 51 est solidaire du tronçon d'arbre 60. Une roue libre 54 est prévue entre le portesatellites 52 et le tronçon d'arbre 60. Par ailleurs, un dispositif de blocage 55 est associé au porte-satellites 52. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif de blocage 55 est un frein électromagnétique. Ainsi, les satellites 520 peuvent coopérer avec le planétaire 51 et également avec la couronne 53. La couronne 53 est par ailleurs solidaire en rotation de l'arbre 40 de la machine électrique. Un deuxième dispositif de blocage 56 est associé à la couronne 53. Comme on va le voir, ce deuxième dispositif de blocage n'est pas directement nécessaire au mécanisme de commande 5. Dans cet exemple de réalisation, le deuxième dispositif de blocage 56 est également un frein électromagnétique. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et les dispositifs de blocage 55 et 56 ne sont pas nécessairement des freins électromagnétiques. Ils peuvent être constitués d'un système hydraulique, similaire à celui qui a été décrit en référence à la figure 1, ou encore d'un autre système. Le fonctionnement de la machine électrique 4 en mode démarreur ou alternateur s'effectue de la façon suivante. En mode démarreur, l'arbre 40 de la machine électrique 4 entraîne directement la couronne 53, puisque celle-ci est solidaire de l'arbre 40. Dans ce mode de fonctionnement, le dispositif de blocage 55 est activé de façon à bloquer le portesatellites 52. Les satellites 520 sont donc fixes mais ils tournent sur eux-mêmes. Ils entraînent alors le planétaire 51 qui est solidaire du tronçon d'arbre 60 dans le prolongement de l'arbre à cames 6. Dans cette variante de réalisation, c'est donc par l'intermédiaire de l'arbre à cames que le moteur à combustion interne est démarré. Lorsque la machine électrique 4 fonctionne en alternateur, le dispositif de blocage 55 est désactivé. Ainsi, le planétaire 51 entraîne l'ensemble du porte-satellites à la même vitesse que lui, car la roue libre 54 est alors bloquée. Le planétaire 51 entraîne donc également la couronne 53 qui, elle-même, entraîne l'arbre 40 puisqu'elle en est solidaire en rotation. Le dispositif de blocage 56 est utilisé lorsqu'on passe du mode de fonctionnement démarreur au mode de fonctionnement alternateur. En effet, le sens de rotation de la couronne 53, et donc de l'arbre 40, s'inverse lorsqu'on change de mode de fonctionnement. Il est donc nécessaire d'activer le dispositif de blocage 56 pour bloquer la couronne 23 pendant une période de temps relativement courte, nécessaire au changement de sens de rotation. On peut encore noter qu'une légère rotation des satellites 520 sur eux-mêmes permet d'absorber toute différence de vitesse lors de ce changement. Dans les deux variantes de réalisation illustrées aux figures 1 et 2, l'arbre de la machine électrique et le mécanisme de commande sont coaxiaux mails ils sont décalés par rapport à l'axe du vilebrequin du moteur à combustion interne. Cette disposition permet de limiter l'encombrement en longueur du groupe-motopropulseur et elle peut être notamment intéressante pour des véhicules automobiles relativement courts. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et le système de démarreur-alternateur selon l'invention pourrait également être disposé dans l'alignement du vilebrequin du moteur à combustion. On notera également que, dans les deux variantes de réalisation qui ont été illustrées, le rapport de démultiplication est différent en mode de fonctionnement démarreur et en mode de fonctionnement alternateur. Enfin, la deuxième variante de réalisation présente l'avantage d'utiliser un élément déjà existant, l'arbre à cames, pour assurer le démarrage du moteur. Cependant, l'arbre à cames doit alors être conçu pour pouvoir supporter les couples nécessaires. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée. REVENDICATIONS 1. Système de démarreur-alternateur pour un moteur à combustion interne, comprenant une machine électrique (1, 4) et un mécanisme de commande (2,5) de ladite machine, le mécanisme de commande comportant un train épicycloïdal avec une couronne (23,53) à denture intérieure, un porte-satellites (22,52) possédant des satellites (220,520) et un planétaire (21,51), disposés coaxialement entre eux et par rapport à l'arbre d'entréesortie (10, 40) de ladite machine électrique, caractérisé en ce que le mécanisme de commande comporte en outre au plus deux dispositifs de blocage commandés (25,27 ; 55, 56), l'un des deux étant associé au porte-satellites (22, 52) et également au moins une roue libre (24,26 ; 54) associée à un élément du train épicycloïdal, la commande des dispositifs de blocage permettant le fonctionnement de la machine électrique en mode démarreur ou en mode alternateur. 2. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de la machine électrique a le même axe que le vilebrequin du moteur à combustion interne. 3. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (10,40) de la machine électrique (1, 4) est décalé axialement par rapport au vilebrequin (30) du moteur à combustion interne. 4. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre (10) de la machine électrique est relié au vilebrequin (30) du moteur (3) par l'intermédiaire de la couronne (23) du train épicycloïdal, laquelle porte alors également une denture extérieure, et d'un système de transmission (33). 5. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre (40) de la machine électrique (4) est dans le prolongement de l'arbre à cames (6) du moteur à combustion interne. 6. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments du train épicycloïdal sont disposés autour de l'arbre (10) de la machine électrique (1), le porte-satellites (22) étant disposé entre la machine électrique (1) et le planétaire (21). 7. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce qu'un premier dispositif de blocage (25) est associé au planétaire (21), un deuxième dispositif de blocage (27) étant associé au porte-satellites (22). 8. Système de démarreur-alternateur selon l'une des revendications 4,6 ou 7, caractérisé en ce qu'une première roue libre (24) est prévue entre le planétaire (21) et l'arbre (10) de la machine électrique, tandis qu'une deuxième roue libre (26) est prévue entre le porte-satellites (22) et l'arbre (10). 9. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments du train épicycloïdal sont disposés autour de l'arbre (40) de la machine électrique (4) et de l'arbre à cames (6). 10. Système de démarreur-alternateur selon la revendication 5 ou 9, caractérisé en ce que le mécanisme de commande comporte un premier dispositif de blocage (55), associé au porte-satellites (52), et un deuxième dispositif de blocage (56), associé à la couronne (53). 11. Système de démarreur-alternateur selon l'une des revendications 5,9 ou 10, caractérisé en ce que la couronne (53) est liée en rotation avec l'arbre (40) de la machine électrique (4), en ce que le planétaire (51) est solidaire en rotation de l'arbre à cames (6) et en ce qu'une roue libre (54) est prévue entre les satellites (520) et l'arbre à cames (6). 12. Système de démarreur-alternateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de blocage est constitué par un frein électromagnétique ou un système hydraulique.