Brevet FR2862025A1 — publié le 20050513

L'invention concerne un élément de transmission pour une chaîne de traction de type hybride parallèle. On entend par chaîne de traction hybride parallèle une chaîne de traction fournissant à un arbre de roue une énergie mécanique à partir d'au moins un moteur de type irréversible (en général un moteur thermique) et d'au moins un moteur de type réversible (en général un moteur électrique), et dans laquelle le n ud d'énergie provenant des deux moteurs est de nature mécanique. On a représenté sur la Figure 1, de façon schématique, une chaîne de traction hybride parallèle de type connu à laquelle s'applique plus particulièrement l'invention. Une telle chaîne de traction 1 comprend donc essentiellement un moteur thermique (ou plus généralement un moteur irréversible) 3, un élément de transmission 5, et une boîte de vitesses 7, dont l'entrée est reliée à l'élément de transmission 5 et la sortie à un arbre de roue 9. L'élément de transmission 5 comporte un moteur électrique (ou plus généralement un moteur réversible) 11 de la chaîne de traction hybride, ainsi qu'un premier embrayage 13 de liaison entre le moteur thermique 3 et l'arbre d'entrée de boîte 7, et un deuxième embrayage 15 de liaison entre le moteur électrique 11 et l'arbre d'entrée de boîte de vitesses 7. L'invention concerne donc plus particulièrement un élément de transmission pour une chaîne de traction de type hybride parallèle, ledit élément comprenant un arbre d'entrée de mouvement destiné à être relié à un moteur thermique, un arbre de sortie de mouvement destiné à être relié à une boîte de vitesses, un moteur électrique comportant un stator et un rotor, un premier embrayage de liaison entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, et un second embrayage de liaison entre le rotor et l'arbre de sortie. Dans les chaînes de traction hybride connues, du type précédemment décrit, les deux embrayages de liaison, respectivement au moteur thermique et au moteur électrique, sont du même type, en général à friction, plus précisément sec ou humide. Afin de minimiser l'usure et d'assurer un refroidissement efficace des embrayages, certains concepteurs font le choix de l'utilisation de deux embrayages humides. Ce choix, qui présente les avantages évoqués ci-dessus vis-à-vis de la solution à embrayages secs, présente néanmoins certains inconvénients. En particulier, les embrayages humides ont un encombrement axial relativement important, dû à l'empilage d'un grand nombre de disques de friction. En outre, les embrayages humides sont associés à des circuits hydrauliques de lubrification et de refroidissement complexes et pénalisants en terme d'encombrement. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités, et de proposer un élément de transmission du type précité, dont l'un des embrayages est de type à friction humide, et qui soit de plus faible encombrement axial et de moindre complexité. A cet effet, selon l'invention, l'autre desdits embrayages est de type à crabots. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement 30 envisageables: - le premier embrayage est de type à friction humide, et le deuxième embrayage est de type à crabots; - les deux embrayages sont agencés radialement à l'intérieur du moteur électrique; et - l'élément de transmission comprend un carter comportant une première demi-coquille supportant à rotation l'arbre d'entrée, et une seconde demi- coquille supportant à rotation l'arbre de sortie, ces deux demi-coquilles définissant un logement dans lequel sont montés coaxialement les deux embrayages et le moteur électrique. Grâce à cette disposition, l'élément de transmission selon l'invention peut s'adapter à une chaîne de traction mono-source classique, et se substituer à un embrayage simple, pour former une chaîne de traction du type hydride parallèle, sans modification majeure des autres éléments de la chaîne de traction. Suivant encore d'autres caractéristiques optionnelles de l'invention: - la première demi-coquille est solidaire du stator et supporte à rotation le rotor; - le logement est fermé de façon étanche à un fluide de lubrification et/ou de refroidissement; - le deuxième embrayage est rappelé en position 20 embrayée; - le premier embrayage est rappelé en position débrayée; et - l'embrayage à crabots est pourvu d'un dispositif de synchronisation. L'invention vise également un véhicule automobile comprenant une chaîne de traction de type hydride parallèle, ladite chaîne de traction comprenant un moteur thermique, une boîte de vitesses, et un élément de transmission tel que décrit précédemment, reliant le moteur thermique à la boîte de vitesses. Des modes particuliers de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail, en référence aux Figures 2 et 3 des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'un élément de transmission selon un premier mode de réalisation de l'invention; et - la Figure 3 est une vue analogue d'un élément de 5 transmission selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur la Figure 2, on a représenté un élément de transmission 25 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à relier, comme l'élément 5 sur la Figure 1, un moteur thermique à une boîte de vitesses. Comme l'élément 5, l'élément 25 de l'invention comporte un moteur électrique 31, un premier embrayage 33, et un deuxième embrayage 35. L'élément de transmission 25 comporte en outre un arbre d'entrée de mouvement 37 et un arbre de sortie de mouvement 39 coaxiaux d'axe X. L'axe X est orienté de l'entrée vers la sortie pour la commodité de la description qui va suivre. Les termes amont et aval s'entendront en 20 référence à cette orientation. L'arbre d'entrée 37 est solidaire en rotation du vilebrequin du moteur thermique, dont une partie, ou nez , est représentée sur la Figure 2 sous la référence 41. Dans l'exemple représenté, le vilebrequin 41 est muni d'un volant d'inertie 43, et relié à l'arbre d'entrée 37 par l'intermédiaire d'un dispositif amortisseur 45. L'arbre de sortie 39 est lié en rotation à l'arbre primaire d'entrée de boîte de vitesses, dont une partie est représentée sur la Figure 2 sous la référence 47. L'élément de transmission 25 comprend un carter constitué essentiellement d'une première demi-coquille 51 et d'une deuxième demi-coquille 52, assemblées par des moyens de fixation 54 répartis sur la périphérie du carter. Les demi-coquilles de carter 51, 52 délimitent intérieurement un logement 53, à l'intérieur duquel sont agencés le moteur électrique 31, les embrayages 33, 35 et les arbres d'entrée 37 et de sortie 39, de façon coaxiale. L'arbre d'entrée 37 et l'arbre de sortie 39 sont montés rotatifs par rapport au carter 51, 52. L'arbre d'entrée 37 est un arbre cannelé complémentaire d'un arbre creux 55 du dispositif amortisseur 45, et une partie d'extrémité de l'arbre d'entrée 37 fait saillie axialement de la première demi-coquille 51 vers l'extérieur. L'arbre d'entrée 37 est monté rotatif sur la première demicoquille 51 par l'intermédiaire de paliers de roulement 57. L'arbre de sortie 39 est un arbre creux à cannelures internes, de forme complémentaire de l'extrémité d'arbre d'entrée de boîte 47. Pour être mise en prise avec l'arbre de sortie 39, l'extrémité de l'arbre d'entrée de boîte 47 fait saillie à l'intérieur du logement 53. Le moteur électrique 31 comprend un stator 61 solidaire de la première demi-coquille de carter 51, un collecteur 62 solidaire du stator, et un rotor 63 monté rotatif sur la première demi-coquille 51 par l'intermédiaire d'un roulement 65. Le rotor 63 est agencé radialement à l'intérieur du stator 61. L'arbre d'entrée 37 est formé, de préférence d'une pièce, avec une paroi radiale 95 qui s'étend à l'intérieur du logement 53, et qui possède en périphérie une couronne axiale 97. De façon correspondante, l'arbre de sortie 39 est formé, de préférence d'une pièce, avec une paroi radiale 105 qui s'étend à l'intérieur du logement 53, et qui possède en périphérie une couronne axiale 107. La couronne axiale 107 s'étend de façon coaxiale et radialement extérieure par rapport à la couronne 97. Le premier embrayage 33 est agencé entre les couronnes axiales 97 et 107. L'élément de transmission 25 comprend en outre un premier piston 111 d'actionnement du premier embrayage 33, et un organe-ressort 115 sollicitant le premier piston 111 en pression sur le premier embrayage 33. Le premier embrayage 33 est essentiellement constitué d'une première série de disques 121, liés en rotation à la couronne 97 et déplaçables axialement sur cette dernière sous l'effet du piston 111, et d'une deuxième série de disques 122, liés en rotation à la couronne 107 et déplaçables axialement sur cette dernière. Les premiers 121 et deuxièmes 122 disques sont imbriqués de façon alternée. Les disques 121, 122 sont arrêtés axialement par une butée 123 opposée au piston 111. On comprend que les disques 121, 122 peuvent passer d'une position débrayée, dans laquelle les premiers disques 121 ne font pas contact avec les deuxièmes disques 122, à une position embrayée, dans laquelle les premiers 121 et deuxièmes 122 disques sont serrés les uns contre les autres. Dans la position débrayée, l'arbre d'entrée 37 et l'arbre de sortie 39 sont libres en rotation l'un par rapport à l'autre. L'organe-ressort 115 est constitué, dans l'exemple représenté, d'une rondelle-ressort, du type par exemple rondelle Belleville, et sollicite le piston 111 dans la position embrayée. Le deuxième embrayage 35 comprend une paire de roues 131, 132 coaxiales d'axe X, à crabots axiaux susceptibles 30 d'engagement mutuel. La première roue à crabots 131, liée en rotation au rotor 63, est susceptible de déplacement axial à l'encontre d'un ressort 137, sous l'effet d'un deuxième piston 141. 2862025 7 Le deuxième piston 141 est lié en rotation à l'arbre de sortie 39 par un doigt 142 traversant la paroi radiale 105. Le ressort 137 sollicite la roue à crabots 131 vers la roue 132, en position d'engagement mutuel des crabots 133, 134, c'est-à-dire en position embrayée de l'embrayage 35. Egalement sous l'effet de rappel du ressort 137, la roue 131 est en permanence en appui, par un bord 10 périphérique en saillie axiale, sur le piston 141. L'embrayage 35 est en outre pourvu d'un dispositif de synchronisation 145 constitué essentiellement, de façon connue, de deux pièces complémentaires 146, 147 présentant des surfaces tronconiques axiales respectives 148, 149 pouvant coopérer par friction. Une première 146 de ces pièces est solidaire de la première roue à crabots 131, tandis que la deuxième 147 de ces pièces est solidaire de la deuxième roue à crabots 132. Lors d'une phase d'engagement mutuel des crabots 133, 134, les surfaces complémentaires tronconiques 148, 149 s'engagent mutuellement à friction, de sorte que les roues à crabots 131, 132 sont progressivement amenées à une même vitesse de rotation, avant engagement positif des crabots 133, 134. On va maintenant décrire les dispositions permettant de déplacer les pistons (ou plateaux) de pression 111, 141, et ainsi de faire passer les embrayages 33, 35 d'une position à une autre parmi leurs positions embrayée et débrayée. La deuxième coquille de carter 52 est formée avec deux canaux 151, 152 d'alimentation en fluide de commande, reliés à un circuit de fluide de commande (non représenté). Le premier canal d'alimentation 151 débouche dans une première chambre de pression 201, étanche au fluide de commande, ménagée entre le premier piston 111 et la paroi radiale 105. On comprend que l'alimentation en fluide de commande sous pression de cette première chambre 201 via le premier canal 151 provoque le déplacement vers l'amont du piston 111, à l'encontre de la réaction du ressort 115. Ce déplacement du piston 111 provoque le serrage des empilages de disques 121, 122, et le passage à la position embrayée du premier embrayage 35. Lorsque le fluide de commande est évacué de la première chambre de pression 201, via le même canal d'alimentation 151, le piston 111 se déplace vers l'aval sous l'effet du ressort 115, en desserrant les empilages de disques 121, 122. L'embrayage 33 reprend alors sa position dite naturellement ouverte , c'est-à-dire débrayée, en l'absence d'alimentation de la chambre de pression 201 en fluide de commande. De façon analogue, le deuxième canal d'alimentation 152 débouche dans une deuxième chambre de pression 202, étanche au fluide de commande, ménagée entre le piston 141 et une paroi radiale 205, solidaire de l'arbre de sortie 39 et espacée axialement de la paroi radiale 105. On comprend que l'alimentation en fluide de commande sous pression de la deuxième chambre 202 provoque le déplacement axial vers l'amont du piston 141. Ainsi, le piston 141 déplace solidairement la roue 131 vers l'amont, à l'encontre de la réaction du ressort 137, de sorte que les crabots 133, 134 passent d'une position initiale d'engagement mutuel à une position dégagée. Lorsque l'alimentation en fluide sous pression de la deuxième chambre 202 est interrompue et que le fluide s'y trouvant est évacué via le même canal 152, la roue à crabots 131 reprend sa position initiale, dans laquelle les crabots 133, 134 sont en engagement mutuel, sous l'effet du ressort 137. Le deuxième embrayage 35 reprend alors sa position dite naturellement fermée , c'est-à-dire embrayée, en l'absence d'alimentation de la chambre de pression 202 en fluide de commande. L'élément de transmission 25 fonctionne, comme on le comprend d'après ce qui précède, de la façon suivante: - Premier cas: les chambres de pression 201, 202 ne sont pas alimentées Le premier embrayage 33 est ouvert, tandis que le deuxième embrayage 35 est fermé, de sorte que le moteur thermique ne fournit pas de puissance à l'arbre de roue, et la machine électrique 31 fournit de la puissance à l'arbre de roue, ou en reçoit de façon à recharger la source (l'accumulateur) d'énergie électrique. On se trouve alors dans un mode de fonctionnement électrique pur . - Deuxième cas: les deux chambres de pression 201, 202 sont alimentées Le premier embrayage 33 est fermé, tandis que le deuxième embrayage 35 est ouvert, de sorte que seul le moteur thermique fournit de la puissance à l'arbre de roue, la machine électrique 31 étant isolée mécaniquement. On se trouve alors dans un mode de fonctionnement thermique pur . - Troisième cas: la première chambre de pression 201 est alimentée et la deuxième chambre de pression 202 n'est pas alimentée Les deux embrayages 33, 35 sont en position fermée, de sorte que le moteur thermique fournit de la puissance à l'arbre de roue, et la machine électrique 31 en fournit également, ou en prélève pour recharge de la source électrique. On se trouve alors dans un mode de fonctionnement hybride . - Quatrième cas: la première chambre de pression 30 201 n'est pas alimentée et la deuxième chambre de pression 202 est alimentée Les deux embrayages 33, 35 sont alors en position ouverte, de sorte que ni le moteur thermique, ni la machine électrique 31 ne fournissent (ni ne prélèvent pour ce qui concerne la machine électrique) d'énergie mécanique à l'arbre de roue. Sur la Figure 3, on a représenté une variante de réalisation de l'invention, qui diffère essentiellement du mode de réalisation représenté sur la Figure 2 en ce que le deuxième embrayage 35 est dépourvu de dispositif de synchronisation. Dans cet exemple de réalisation, les crabots 333, 334 sont formés directement d'une part sur le piston 141, et d'autre part sur une partie solidaire du rotor. Dans l'exemple représenté, les crabots 333, 334 sont formés de dents radiales, ou de type frontaux. Lorsque les crabots 333, 334 sont mutuellement engagés, comme illustré sur la Figure 3, le rotor 63 et l'arbre de sortie 39 sont liés en rotation par l'intermédiaire du piston 141. Un déplacement vers l'aval du piston 141, à partir de la position représentée, provoque le dégagement des crabots 333, 334, et ainsi la libération de la liaison en rotation du rotor 63 et de l'arbre de sortie 39. REVENDICATIONS 1. Elément de transmission pour une chaîne de traction de type hybride parallèle, ledit élément (25) comprenant un arbre (37) d'entrée de mouvement destiné à être relié à un moteur thermique, un arbre (39) de sortie de mouvement destiné à être relié à une boîte de vitesses, un moteur électrique (31) comportant un stator (61) et un rotor (63), un premier embrayage (33) de liaison entre l'arbre d'entrée (37) et l'arbre de sortie (39), et un second embrayage (35) de liaison entre le rotor (63) et l'arbre de sortie (39), l'un (33) desdits embrayages étant de type à friction humide, caractérisé en ce que l'autre (35) desdits embrayages est de type à crabots. 2. Elément de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier embrayage (33) est de type à friction humide, et le deuxième embrayage (35) est de type à crabots. 3. Elément de transmission suivant la revendication 20 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux embrayages (33, 35) sont agencés radialement à l'intérieur du moteur électrique (31). 4. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un carter comportant une première demi-coquille (51) supportant à rotation l'arbre d'entrée (37), et une seconde demi-coquille (52) supportant à rotation l'arbre de sortie (39), ces deux demi-coquilles (51, 52) définissant un logement (53) dans lequel sont montés coaxialement les deux embrayages (33, 35) et le moteur électrique (31). 5. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première demi-coquille (51) est solidaire du stator (61) et supporte à rotation le rotor (63). 6. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le logement (53) est fermé de façon étanche à un fluide de lubrification et/ou de refroidissement. 7. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le deuxième embrayage (35) est rappelé en position embrayée. 8. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier 10 embrayage (33) est rappelé en position débrayée. 9. Elément de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'embrayage à crabots (35) est pourvu d'un dispositif de synchronisation (45). 10. Véhicule automobile comprenant une chaîne de traction de type hydride parallèle, ladite chaîne de traction comprenant un moteur thermique (3), une boîte de vitesses (7), et un élément de transmission (25) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 reliant le moteur thermique (3) à la boîte de vitesses (7).