Brevet FR2883805A1 — publié le 20061006

La présente invention concerne un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile. On connaît des groupes motopropulseurs hybrides de véhicules automobiles combinant un moteur thermique à carburant fossile ou biologique et au moins un moteur électrique alimenté par des batteries électriques du véhicule. L'utilisation du moteur électrique pour entraîner le véhicule dans certaines conditions de fonctionnement de celui-ci permet de ne pas générer de gaz d'échappement et, par conséquent, de diminuer la pollution. Cependant, ces groupes motopropulseurs connus ne répondent pas toujours aux normes de pollution qui sont de plus en plus drastiques. La présente invention propose un groupe motopropulseur hybride permettant de répondre à ces normes de pollution. A cet effet, le groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile de l'invention, du type comprenant un moteur thermique, au moins une machine électrique tournante, une transmission à boîte de vitesses, et des premier et second embrayages commandés, logés dans un carter d'embrayage solidaire du carter du moteur thermique et pouvant être sélectivement débrayés et/ou embrayés pour que le véhicule puisse fonctionner notamment en mode de traction électrique ou en mode de traction par le moteur thermique, est caractérisé en ce que la machine électrique tournante est fixée relativement à l'ensemble à moteur thermique et transmission à boîte de vitesses à l'extérieur de celui-ci et est accouplée par des moyens d'entraînement à un volant d'inertie monté à rotation dans le carter d'embrayage coaxialement à l'arbre primaire de la boîte de vitesses, le volant d'inertie pouvant être accouplé ou désaccouplé de cet arbre par le second embrayage commandé. Selon un premier mode de réalisation, la machine électrique a son arbre moteur s'étendant parallèlement à l'axe commun de l'arbre primaire de la boîte de vitesses et de l'arbre d'entraînement du volant d'inertie accouplé à l'arbre vilebrequin du moteur thermique par le premier embrayage commandé et est de préférence située en dessous du moteur thermique. Avantageusement, le groupe motopropulseur hybride comprend deux machines électriques montées en série, de préférence l'une après l'autre de chaque côté du groupe motopropulseur et de part et d'autre des moyens d'entraînement en rotation du volant d'inertie. Ces moyens d'entraînement comprennent au moins une courroie ou une chaîne de transmission transversale à l'axe commun et passant sur une poulie ou une roue dentée solidaire de l'arbre moteur de la machine électrique et une poulie ou une roue dentée solidaire du volant d'inertie pouvant être accouplé à l'arbre primaire de la boîte de vitesses, la machine électrique étant équipée, le cas échéant, d'un réducteur de vitesse. Selon un second mode de réalisation, la machine électrique a son arbre moteur s'étendant perpendiculairement à l'axe commun de l'arbre primaire de la boîte de vitesses et de l'arbre d'entraînement du volant d'inertie accouplé à l'arbre vilebrequin du moteur thermique par le premier embrayage commandé et est située de préférence sous le plancher du véhicule. Les moyens d'entraînement comprennent un premier pignon conique solidaire de l'arbre moteur de la machine électrique et un second pignon conique transversal à l'axe commun et solidaire du volant d'inertie de l'arbre primaire de la boîte de vitesses et en engrènement avec le premier pignon conique. Le volant d'inertie de l'arbre primaire de la boîte de vitesses comprend une partie cylindrique sur laquelle est fixé le pignon conique, la roue dentée ou la poulie des moyens d'entraînement et qui est montée à rotation, 2883805 3 par l'intermédiaire de roulements, sur un fixe du carter d'embrayage dans lequel commande de débrayage du premier embrayage le volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur thermique. Le groupe motopropulseur peut être de l'axe commun avec la machine électrique relative au compartiment moteur du véhicule permettant de réduire la hauteur du groupe motopropulseur. Avantageusement, la machine électrique est solidaire du carter d'embrayage et peut être mise seule en service en position débrayée des deux embrayages avant qu'elle puisse démarrer le moteur thermique par l'intermédiaire du premier embrayage commandé en position embrayé. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente un groupe motopropulseur hybride suivant un premier mode de réalisation de 25 l'invention; - la figure 2 est une variante de réalisation du groupe motopropulseur hybride de la figure 1; - la figure 3 représente une autre variante de réalisation du groupe motopropulseur de la figure 2; - la figure 4 est une vue en bout suivant la flèche IV de la figure 1 et montrant les différentes orientations possibles de la machine électrique tournante de l'invention par rapport à l'axe longitudinal du groupe motopropulseur; - la figure 5 représente un groupe motopropulseur hybride suivant un second mode de réalisation de l'invention; et carter interne est logée la coopérant avec vilebrequin du basculé autour à une position la figure 6 représente le basculement du groupe motopropulseur hybride de l'invention autour de l'axe longitudinal de ce groupe. Le groupe motopropulseur hybride tel que représenté en figure 1 comprend un moteur thermique 1 dont l'arbre vilebrequin 2 entraîne en rotation un volant d'inertie 3 pouvant être accouplé par des moyens embrayages, qui seront définis ultérieurement, à l'arbre primaire 4 d'une transmission à boîte de vitesses 5, qui peut être manuelle, pilotée, automatique, à double embrayage, à variateur ou autre. Le groupe motopropulseur comprend également une machine électrique tournante 6, telle qu'un moteur électrique, permettant suivant les positions embrayées et/ou débrayées des moyens embrayages, notamment de démarrer le véhicule, de l'entraîner sans qu'intervienne le moteur thermique et de fonctionner en générateur d'alimentation du réseau électrique de bord du véhicule et charger la ou les batteries de ce véhicule. Selon l'invention, la machine électrique tournante 6 est fixée relativement à l'ensemble constitué par le moteur thermique 1, les moyens embrayages et la transmission à boîte de vitesses 5 à l'extérieur de cet ensemble. Selon le premier mode de réalisation de l'invention représenté en figure 1, la machine électrique 6 est solidaire du carter d'embrayage 7 fixé au carter moteur du moteur thermique 1 et à l'extérieur de ce carter d'embrayage. La machine électrique 6 a son arbre moteur 8 dont l'axe longitudinal Al, A2 s'étend parallèlement à l'axe longitudinal Bl, B2 commun à l'arbre vilebrequin 2 du moteur thermique 1 et l'arbre primaire 4 de la transmission à boîte de vitesses, axe commun qui sera dénommé axe du groupe motopropulseur. La machine électrique tournante 6 peut être équipée d'un réducteur de vitesse 9 dont l'arbre de sortie sera alors l'arbre moteur 8. La machine électrique 6 est accouplée par des moyens d'entraînement à un second volant d'inertie 10 transversal à l'axe B1, B2 du groupe motopropulseur et monté à rotation autour de cet axe. Le volant d'inertie 10 a son arbre central 11 s'étendant suivant l'axe Bl, B2 monté à rotation dans une partie 7a du carter d'embrayage 7 par l'intermédiaire de deux roulements axialement espacés 12, par exemple du type à billes. Le volant d'inertie 10 peut être accouplé à l'arbre primaire 4 par un embrayage 13 comprenant, comme cela est connu en soit, au moins un disque d'embrayage de friction 14 pouvant venir en engagement sur une face dressée du volant d'inertie 10 sous l'action d'un plateau 15 à déplacement commandé par une butée de débrayage 16 pilotant un diaphragme 17 pour amener le disque 14 et le plateau 15 en position embrayée ou débrayée du volant d'inertie 10 et, par conséquent, accoupler l'arbre primaire 4 à l'arbre vilebrequin 2 ou le désaccoupler de ce dernier lors du passage d'un rapport de vitesses ou en mode de fonctionnement électrique du véhicule. La butée de débrayage peut être commandée par une fourchette de débrayage 18. Les moyens d'entraînement du volant d'inertie 10 comprennent au moins une courroie de transmission 19 transversale à l'axe El, B2 du groupe motopropulseur et passant d'une part sur une poulie 20 solidaire de l'arbre moteur 8 de la machine électrique 6 et d'autre part sur une poulie 21 solidaire du volant d'inertie 10 concentriquement à la partie 7a du carter d'embrayage en définissant un espace annulaire avec cette dernière. La figure 1 montre que les moyens d'entraînement comprennent deux courroies de transmission 19 montées respectivement sur deux poulies 20. En variante, les courroies de transmission peuvent être remplacées par des chaînes de transmission passant d'une part sur au moins une roue dentée solidaire de l'arbre moteur 8 de la machine électrique 6 et d'autre part sur une autre roue dentée solidaire du volant d'inertie 10. L'arbre vilebrequin 2 du moteur thermique 1 peut être accouplé à l'arbre 11 du volant d'inertie 10 par un autre embrayage 22 de conception identique à l'embrayage 13, c'est-à-dire comprenant un diaphragme 23 piloté par une butée de débrayage 24 pour amener un disque 25 et un plateau 26 en position embrayée ou débrayée du volant d'inertie 3 et, par conséquent, accoupler l'arbre vilebrequin 2 à l'arbre 11 du volant d'inertie 10 ou le désaccoupler de ce dernier, suivant le mode de fonctionnement du véhicule. Une fourchette de débrayage 27 permet de commander la butée de débrayage 24. Pour démarrer le véhicule, les deux embrayages 13, 22 sont débrayés, la machine électrique 6 est mise en service et l'embrayage 22 est embrayé de façon que la machine électrique 6 puisse entraîner le moteur thermique par l'intermédiaire des moyens de transmission 19, 20, 21 et l'arbre d'entraînement 11 du volant 10 coaxial à l'arbre vilebrequin 2. En commandant l'embrayage 13 en position embrayée, le groupe motopropulseur peut fonctionner classiquement à l'aide du moteur thermique 1 en utilisant l'embrayage 13 pour le passage des rapports de vitesse et le démarrage du véhicule. Dans ce cas, la machine électrique 6 fonctionne comme un générateur d'alimentation de l'appareillage électrique de bord du véhicule pour charger la ou les batteries de celui-ci. En commandant l'embrayage 22 à sa position débrayée et l'embrayage 13 à sa position embrayée, le véhicule peut être entraîné uniquement par la machine électrique 6, les moyens d'entraînement 19, 20, 21 entraînant en rotation le volant d'inertie 10 et l'arbre primaire 4 de la transmission à boîte de vitesses 5. De la sorte, le véhicule peut circuler à basse vitesse en ville. La figure 2 montre que le groupe motopropulseur hybride comporte deux machines électriques tournantes 6 fixées à l'extérieur de l'ensemble à moteur thermique 1, moyens embrayage 13, 22 et transmission à boîte de vitesses 5, en étant fixées en série, l'une solidaire du carter d'embrayage 7 et l'autre solidaire de ce carter ou, le cas échéant, du carter 5a de la boîte de vitesses 5. Les deux machines électriques tournantes 6 sont disposées l'une après l'autre de part et d'autre du plan médian des moyens de transmission à courroies 19 transversales à l'axe B1, B2 du groupe motopropulseur. Les deux machines électriques 6 entraînent le volant d'inertie 10 par leurs moyens de transmission commun 19, 20, 21 identiques à ceux de la figure 1. Selon la variante de réalisation représentée en figure 3, la butée de débrayage 24 est du type hydraulique, comme cela est connu en soi, et logée dans un carter fixe interne 7b du carter d'embrayage 7, les mécanismes mobiles actionnant le diaphragme 23 étant situés à l'intérieur de ce carter, l'axe de vérin creux de ces mécanismes mobiles étant concentrique à l'arbre d'entraînement 11. Le volant d'inertie 10 comporte une partie cylindrique l0a montée à rotation relativement à la partie de carter d'embrayage 7b par deux roulements axialement espacés 12, par exemple du type à billes. La conception du volant d'inertie 10 lui confère en quelque sorte une forme en cloche dans laquelle est montée concentriquement la butée hydraulique de commande de débrayage pour un compactage longitudinal du groupe motopropulseur hybride, diminuant par conséquent l'encombrement suivant cette direction. La figure 4 montre les diverses orientations polaires que peut prendre la machine électrique tournante 6 autour de l'axe longitudinal B1, B2 du groupe motopropulseur. Avantageusement, la machine électrique tournante 6 peut être positionnée en dessous du moteur thermique 1 de manière à réduire l'encombrement longitudinal du groupe motopropulseur hybride. La figure 4 montre également que plusieurs machines électriques tournantes 6 peuvent être fixées relativement au groupe motopropulseur autour du moteur thermique 1 concentriquement à l'axe B1, B2 de ce groupe. Selon le mode de réalisation représenté en figure 5, la machine électrique tournante 6 est fixée à l'extérieur de l'ensemble à moteur thermique 1, embrayages 13, 22 et transmission à boîte de vitesses 5 en s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal B1, B2 du groupe motopropulseur, c'est-à-dire que l'arbre moteur 8 de la machine 6 est perpendiculaire à l'axe B1, B2. Les moyens d'accouplement de la machine électrique 6 au volant d'inertie 10 comprennent un premier pignon conique 28 solidaire de l'extrémité de l'arbre moteur 8 et un second pignon conique 29 solidaire du volant d'inertie en s'étendant perpendiculairement à l'axe B1, B2 du groupe motopropulseur et en engrènement avec le pignon conique 28. Cet agencement permet de positionner la machine électrique tournante 6 sous le plancher du véhicule. La figure 6 montre que le groupe motopropulseur hybride peut basculer autour de l'axe Bl, B2 suivant une valeur angulaire déterminée par rapport à l'axe vertical Y, Y' dans un sens permettant de réduire la hauteur de ce groupe motopropulseur. Le mode de réalisation de la figure 5 peut être modifié en prévoyant la butée de débrayage 24 à l'intérieur de la partie de carter 7b et agençant le volant 10 en cloche comme en figure 3. L'architecture ci-dessus décrite du groupe motopropulseur hybride, quels que soient les modes de réalisation, permet. - un fonctionnement purement électrique du véhicule, donc sans émission de matières polluantes puisque le moteur thermique n'est pas entraîné ; - un démarrage purement électrique du véhicule, la machine électrique tournante étant déjà en rotation alors que le véhicule est arrêté, avec réduction de la consommation électrique de la batterie du véhicule; - un fonctionnement à la fois électrique et/ou thermique, optimisant les émissions de matières polluantes; - une recharge des batteries du véhicule sur les décélérations par la machine électrique tournante; - une recharge des batteries du véhicule par la machine électrique tournante, sans entraîner la chaîne de traction; un fonctionnement en générateur électrique de la machine électrique tournante sans entraîner la chaîne de 15 traction, du véhicule arrêté ; -une suppression du démarreur et de la couronne de démarreur du véhicule, remplacés par la machine électrique tournante puisque cette dernière peut se mettre à rotation seule avant que le moteur thermique soit mis en rotation pour démarrage par l'intermédiaire de l'embrayage, ce qui rend moins problématiques les démarrages à froid et par grand froid du véhicule; une suppression de l'alternateur, remplacé par la machine électrique tournante; - un encombrement transversal limité du groupe motopropulseur hybride; - un choix de positionnement polaire de l'axe de la machine électrique tournante par rapport à l'axe du groupe motopropulseur thermique; - un coût relativement maîtrisé du groupe motopropulseur hybride car ce dernier utilise en partie des organes déjà existants et/ou des technologies simples (embrayages, poulies, courroies ou chaînes) ; - la machine électrique tournante étant située à l'extérieur de l'ensemble à moteur thermique, embrayages et transmission à boîte de vitesses, son refroidissement en est facilité ; - la machine électrique tournante peut être équipée en sortie d'un réducteur de vitesses, comme on l'a vu précédemment, ce qui permet d'obtenir plus de couple tout en consommant moins d'énergie électrique; - l'inertie de la machine électrique tournante pourra être rendue transparente par son contrôle (variateur) ; - l'inertie à l'arbre primaire de la boîte de vitesses reste identique à celle du groupe motopropulseur non hybride, ce qui facilite et fiabilise les passages des rapports de la boîte de vitesses; - les batteries du véhicule peuvent être disposées à la place de la roue de secours dans le cas de véhicule équipé de pneumatiques anti-crevaison; et - les embrayages conventionnels peuvent être remplacés par des embrayages à poudre ou multi-disques à bain d'huile. REVENDICATIONS 1. Groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un moteur thermique (1), au moins une machine électrique tournante (6), une transmission à boîte de vitesses (5), et des premier et second embrayages commandés (13,22), logés dans un carter d'embrayage (7) solidaire du carter du moteur thermique (1) et pouvant être sélectivement débrayés et/ou embrayés pour que le véhicule puisse fonctionner notamment en mode de traction électrique ou en mode de traction par le moteur thermique (1), caractérisé en ce que la machine électrique tournante (6) est fixée relativement à l'ensemble à moteur thermique (1) et transmission à boîte de vitesses (5) à l'extérieur de celui-ci et est accouplée par des moyens d'entraînement (19,20,21; 28,29) à un volant d'inertie (10) monté à rotation dans le carter d'embrayage (7) coaxialement à l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses, le volant d'inertie (10) pouvant être accouplé ou désaccouplé de cet arbre (4) par le second embrayage commandé (13). 2. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine électrique (6) a son arbre moteur (8) s'étendant parallèlement à l'axe commun (Bl,B2) de l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (5) et de l'arbre d'entraînement (27) du volant d'inertie (3) accouplé à l'arbre vilebrequin (2) du moteur thermique (1) par le premier embrayage commandé (22) et est de préférence située en dessous du moteur thermique (1). 3. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux machines électriques (6) montées en série, de préférence l'une après l'autre de chaque côté du groupe motopropulseur et de part et d'autre des moyens d'entraînement en rotation du volant d'inertie (10). 4. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent au moins une courroie ou une chaîne de transmission (19) transversale à l'axe commun (Bl,B2) et passant sur une poulie (20) ou une roue dentée solidaire de l'arbre moteur (8) de la machine électrique (6) et une poulie (21) ou une roue dentée solidaire du volant d'inertie (10) pouvant être accouplé à l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (5), la machine électrique (6) étant équipée, le cas échéant, d'un réducteur de vitesse (9). 5. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine électrique (6) a son arbre moteur (8) s'étendant perpendiculairement à l'axe commun (Bl,B2) de l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (5) et de l'arbre d'entraînement (27) du volant d'inertie (3) accouplé à l'arbre vilebrequin (2) du moteur thermique (1) par le premier embrayage commandé (22) et est située de préférence sous le plancher du véhicule. 6. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent un premier pignon conique (28) solidaire de l'arbre moteur (8) de la machine électrique (6) et un second pignon conique (29) transversal à l'axe commun (Bl,B2) et solidaire du volant d'inertie (10) de l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (5) et en engrènement avec le premier pignon conique (28). 7. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que le volant d'inertie (10) de l'arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (5) comprend une partie cylindrique (10a) sur laquelle est fixé le pignon conique, la roue dentée ou la poulie (29) des moyens d'entraînement et qui est montée à rotation, par l'intermédiaire de roulements (12), sur un carter interne fixe (7b) du carter d'embrayage (7) dans lequel est logée la commande de débrayage du premier 2883805 13 embrayage (22) coopérant avec le volant d'inertie (3) solidaire de l'arbre vilebrequin (2) du moteur thermique (1). 8. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 2 ou 5, caractérisé en ce qu'il peut être basculé autour de l'axe commun (Bl,B2) avec la machine électrique (6) à une position relative au compartiment moteur du véhicule permettant de réduire la hauteur du groupe motopropulseur. 9. Groupe motopropulseur hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (6) est solidaire du carter d'embrayage (7). 10. Groupe motopropulseur hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (6) peut être mise seule en service en position débrayée des deux embrayages (13,22) avant qu'elle puisse démarrer le moteur thermique (1) par l'intermédiaire du premier embrayage (22) commandé en position embrayée.