Brevet FR2907849A1 — publié le 20080502

Dispositif de découplage d'un alternateur La présente invention concerne un dispositif de découplage de l'arbre de rotation d'un alternateur avec le vilebrequin d'un moteur thermique 5 d'un véhicule. De façon classique, l'arbre de rotation d'un alternateur (arbre de rotation qui fait partie du rotor de l'alternateur) de véhicule automobile est muni à son extrémité d'une poulie, laquelle est mise en rotation à l'aide d'une courroie d'entraînement, elle-même reliée à une poulie solidaire du 10 vilebrequin du moteur. Dés la mise en marche du moteur, la courroie entraîne l'alternateur, lequel génère un courant électrique utilisé pour recharger la batterie du véhicule et pour alimenter différents équipements consommateurs d'énergie électrique. Certains véhicules sont actuellement équipés d'un alternateur 15 réversible qui peut fonctionner en moteur électrique. Le rotor est alimenté en courant électrique à l'aide de la batterie, ce qui met en rotation le rotor et donc la poulie fixée à l'arbre du rotor, laquelle entraîne la courroie et le vilebrequin. L'énergie mécanique fournie par l'alternateur peut être utilisée pour démarrer le moteur thermique, par exemple dans un système d'arrêt et 20 de redémarrage automatique du moteur (système Stop & Start ) ou pour fournir un couple supplémentaire (assistance) au moteur thermique. Lorsque la batterie est suffisamment chargée, l'alternateur peut être coupé, c'est-à-dire qu'il ne génère plus de courant électrique. L'inconvénient principal des systèmes existants vient du fait que 25 l'alternateur est relié en permanence au vilebrequin du moteur, même lorsque l'alternateur ne débite pas de courant, ce qui engendre des pertes mécaniques et une usure inutile de l'alternateur. Des dispositifs de découplage de l'arbre de rotation d'un alternateur avec le vilebrequin d'un moteur ont déjà été proposés. Par exemple, le 30 brevet EP 0 980 479 B1 décrit un tel dispositif composé d'un système à ressort et à embrayage unidirectionnel interposé entre l'arbre et la poulie de l'alternateur. Le ressort et l'embrayage sont reliés en série. Le ressort 2907849 2 transmet le mouvement de rotation de la poulie à l'arbre de l'alternateur, la poulie et l'arbre tournant dans le même sens, en permettant de petits mouvements de rotation de l'arbre en sens inverse du mouvement de la poulie. L'embrayage permet à l'arbre de l'alternateur de tourner à une vitesse de rotation supérieure à celle de la poulie lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin diminue. Le but de ce système est d'éviter que les brusques variations de régime du moteur se répercutent sur l'alternateur, ce qui provoquerait un glissement de la courroie sur la poulie de l'alternateur et donc l'usure ou même la casse de la courroie. La demande de brevet FR 2 727 902 décrit un dispositif pour la climatisation d'un véhicule. Lorsque le moteur thermique du véhicule est à l'arrêt, l'alternateur (réversible) est découplé du vilebrequin du moteur et le compresseur de climatisation est actionné par l'alternateur réversible fonctionnant en moteur électrique. Le découplage de l'alternateur est réalisé à l'aide d'une roue libre interposée entre le vilebrequin et la poulie du vilebrequin. La demande de brevet EP 0 441 212 A2 concerne un dispositif de charge d'une batterie connectée à un alternateur entraîné par le vilebrequin d'un moteur, à l'aide d'un système à deux poulies reliées par une courroie. Selon un mode de réalisation, l'une des deux poulies est du type électromagnétique, ce qui permet d'optimiser la charge de la batterie en découplant l'alternateur du vilebrequin lorsque la batterie est chargée. Bien que les documents cités précédemment permettent un découplage de l'alternateur avec le vilebrequin du moteur, ils ne concernent pas le problème de la diminution de consommation en carburant du moteur. La présente invention propose un dispositif permettant de réduire la consommation du moteur d'un véhicule en découplant l'arbre de rotation d'un alternateur avec le vilebrequin d'un moteur thermique lors de certaines phases de fonctionnement. Par dispositif de découplage, on désigne un dispositif permettant de découpler mais également de coupler deux éléments entre eux (tel qu'un embrayage par exemple). Il s'agit donc d'un dispositif de couplage/découplage, qui sera désigné par la suite dispositif de découplage 2907849 3 afin d'alléger l'exposé. Le dispositif doit de préférence être de petites dimensions, donc de faible encombrement de façon à être logé sous le capot du véhicule sans occuper trop d'espace. La solution retenue pour résoudre le problème de découplage doit donc tenir compte de l'encombrement du 5 dispositif de découplage. De façon plus précise, le dispositif de découplage comporte deux moyens de découplage permettant au moteur d'entraîner l'arbre de rotation de l'alternateur, ces deux moyens étant de préférence constitués par des mécanismes à roue libre. 10 Le dispositif peut comporter au moins l'un des éléments suivants ou l'une des caractéristiques suivantes : - un organe de pilotage du premier moyen de découplage commandant le découplage de l'arbre de l'alternateur, y compris lorsque la vitesse de rotation du moteur est supérieure à ladite valeur prédéterminée ; 15 - le mécanisme à roue libre est en position bloquée lorsque la vitesse de rotation de l'alternateur est supérieure à la vitesse de rotation du moteur ; - le dispositif comporte une première poulie reliée au vilebrequin et une deuxième poulie reliée à l'arbre de l'alternateur, au moins l'un des premier et deuxième moyens de découplage est placé dans l'une des poulies. 20 - le mécanisme à roue libre est placé dans la première ou la deuxième poulie ; - les premier et deuxième moyens de découplage sont constitués chacun d'un mécanisme à roue libre, les deux mécanismes étant placés dans la première ou la deuxième poulie. 25 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : 30 - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement le placement de deux roues libres dans une poulie ; 2907849 4 - la figure 3 montre schématiquement une roue libre à billes ou à rouleaux placée dans une poulie ; - la figure 4 illustre un exemple de réalisation d'une roue libre pilotée ; et 5 - la figure 5 est une coupe d'une partie d'un dispositif de découplage comportant deux roues libres implantées dans une poulie ; Afin de découpler l'alternateur du vilebrequin au cours des différentes phases de fonctionnement d'un moteur thermique, ce qui permet de diminuer la consommation en carburant du moteur, il est nécessaire de disposer d'un 10 dispositif de découplage performant, offrant une grande souplesse d'utilisation et peu encombrant. Selon l'invention, le dispositif de découplage comporte deux moyens de découplage distincts, un premier moyen permettant au moteur d'entraîner l'alternateur lorsque la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur est supérieure à une valeur déterminée et un 15 deuxième moyen permettant à l'alternateur d'entraîner le moteur lorsque la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur est inférieure à la valeur prédéterminée. En d'autres termes, le deuxième moyen est utilisé pour découpler (ou coupler) l'alternateur au moteur jusqu'à une valeur prédéterminée de vitesse de rotation du rotor (ou du moteur) et le premier 20 moyen est utilisé pour le découplage (ou couplage) au-delà de cette valeur prédéterminée. Cette dernière est choisie de façon à correspondre de préférence à une vitesse de rotation du moteur inférieure à la vitesse de rotation du moteur tournant au ralenti. Les figures 1 à 5 concernent un premier mode de réalisation avec deux 25 roues libres. Sur les figures 1 et 2, la poulie de l'alternateur est représentée symboliquement par une couronne 10, l'arbre de rotation de l'alternateur par une couronne 12 et deux roues libres 14 et 16, ces roues libres constituant respectivement un premier et un deuxième moyen de découplage de 30 l'alternateur et du vilebrequin. L'alternateur est réversible. La flèche 18 2907849 5 indique le sens de rotation de la poulie et du rotor de l'alternateur. Au moins l'une des roues libres (ici la roue libre 14 est pilotée, ce qui est représenté sur la figure 1 par une bille, un rouleau ou un galet mobile 20 dont le déplacement peut être commandé de façon à bloquer la roue libre ou au 5 contraire à la libérer. Les roues libres sont placées dans la poulie de l'alternateur. La roue libre 14 permet au moteur d'entraîner l'alternateur lorsque le moteur tourne plus vite que l'alternateur. Cette roue libre 14 peut être pilotée et se découpler de l'alternateur pour le libérer. La roue libre 16 permet à 10 l'alternateur d'entraîner le moteur lorsque ce dernier tourne moins vite que l'alternateur. Lors du démarrage du moteur thermique, l'alternateur est alimenté par la batterie du véhicule et entraîne le moteur via la roue libre 16 et la courroie d'entraînement. Lorsque le moteur devient autonome, il entraîne à 15 son tour l'alternateur via la roue libre 14. Il continue à entraîner l'alternateur via la roue libre 14 lorsque l'alternateur est en phase de génération de courant. Quand l'alternateur est en phase d'assistance du moteur thermique c'est à nouveau la roue libre 16 qui sert à transmettre le couple et à entraîner le moteur thermique. 20 Le dispositif de pilotage peut permettre de désengager la roue libre 14 afin de libérer l'alternateur, et d'économiser du carburant, lorsque le fonctionnement de l'alternateur en générateur de courant n'est pas nécessaire, par exemple lors des phases de délestage de ce dernier. Le moteur thermique n'entraîne alors plus l'alternateur et celui-ci chute en 25 régime pour s'arrêter. C'est ce qui est représenté par la flèche 14 qui montre symboliquement l'absence de liaison entre la couronne 10 (la poulie) et la couronne 12 (l'axe de l'alternateur). A noter que la couronne 10 est liée au vilebrequin via la courroie. Il suffit de réengager la roue libre 14 à l'aide du dispositif de pilotage pour à nouveau entraîner l'alternateur par le moteur 30 thermique. 2907849 6 La figure 3 représente un mode de réalisation d'une roue libre 22. Elle est solidaire de l'axe de rotation 24 du rotor de l'alternateur et placée dans la poulie 26 d'entraînement de l'alternateur, entre l'axe de rotation et la poulie. La roue libre se compose essentiellement d'un plateau tournant 28 5 fixé à l'axe de rotation 24 et comportant des encoches 30 régulièrement réparties à la périphérie du plateau 28. Dans chacune de ces encoches, une bille, un galet ou un rouleau 32 peut se déplacer entre une position bloquée 34 (figure 4) solidarisant la poulie 26 avec l'arbre de rotation 24 et une position débloquée 36 (figure 4) désolidarisant la poulie 26 de l'arbre de 10 rotation 24. Le plateau 28, l'axe 24 et la poulie 26 tournent dans le sens indiqué par les flèches 38. Les roues libres peuvent être de différents types connus, par exemples à billes, à rouleaux, à cliquets ou à galets. L'organe de pilotage de la roue libre peut être d'un type connu, par 15 exemple mécanique, électrique, magnétique, piézoélectrique, hydraulique ou pneumatique. Le retour de la roue libre en position bloquée peut être également réalisé automatiquement par des moyens élastiques tels qu'un ou plusieurs ressort(s). Par exemple, dans le cas d'une roue libre à billes, à rouleaux ou à galets, l'organe peut être composé d'électroaimants 40 (figure 20 4) disposés de façon à pouvoir attirer et bloquer les billes, les galets ou les rouleaux en position débrayée 36. Quand le moteur tourne et entraîne la poulie 26, il entraîne également l'alternateur en bloquant les billes en position bloquée 34. Lorsque l'on veut découpler l'alternateur, on alimente les bobines des électroaimants 40 qui attirent alors les billes en position 25 débloquée 36 et désolidarisent ainsi l'alternateur qui n'est alors plus entraîné par le moteur. Avant d'actionner les électroaimants, l'alternateur peut être activé en mode moteur, si nécessaire, afin de débloquer les billes de cette roue libre et faciliter ainsi l'attraction par les bobines. 30 Le dispositif de découplage peut se placer également dans la poulie du vilebrequin. Dans ce cas, l'alternateur est alors lié à la poulie et le moteur thermique à l'axe autour duquel sont placées les roues libres. C'est donc la 2907849 7 roue libre 16 qui est pilotée. On peut également, pour des raisons d'encombrement, séparer les roues libres, une dans la poulie vilebrequin et une autre dans la poulie alternateur. Les deux roues libres peuvent être pilotées. Fonctionnellement cela 5 permet de filtrer les à-coups du moteur vus par l'alternateur lors des phases de génération. Les durées de vie de l'alternateur ainsi que de sa poulie et de la courroie de transmission sont ainsi augmentées. La figure 5 montre en coupe, par un plan passant par l'axe de rotation de la poulie, un exemple d'implantation d'un dispositif de découplage 10 à deux roues libres interposé entre l'axe 42 d'un alternateur et une poulie 44. Le dispositif est placé dans la poulie 44. Les rainures d'une courroie de transmission (non représentée) viennent se positionner dans des crans 46 de la poulie. Les roues libres comprennent un premier support 48 de forme cylindrique fixé à l'axe de rotation 42 et un deuxième support 50 fixé à la 15 poulie 44 et entourant le premier support 48 afin de définir un logement 52 dans lequel sont placés des rouleaux 54 pour un premier moyen de découplage et des rouleaux 56 pour un deuxième moyen de découplage. Le logement 52 comporte des gorges de hauteur variable (analogue des encoches de la figure 4) dans lesquelles sont placés les rouleaux qui se 20 déplacent entre une position bloquée, solidarisant les deux supports 48 et 50, et une position débloquée pour laquelle les supports 48 et 50 sont désolidarisés. D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés 25 peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de découplage de l'arbre de rotation (12) d'un alternateur avec le vilebrequin d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier moyen de découplage (14) permettant au moteur d'entraîner l'arbre de rotation de l'alternateur, et - un deuxième moyen de découplage (16) permettant à l'alternateur d'entraîner le moteur. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un organe de pilotage (40) du premier moyen de découplage commandant le découplage de l'arbre de l'alternateur, y compris lorsque la vitesse de rotation du moteur est supérieure à ladite valeur prédéterminée. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les premier et deuxième moyens de découplage sont constitués par un mécanisme à roue libre (22). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le mécanisme à roue libre est piloté à l'aide de moyens (40) choisis parmi des moyens mécaniques, électriques, magnétiques, piézoélectriques, hydrauliques et pneumatiques. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes comportant une première poulie reliée au vilebrequin, une deuxième poulie (26, 44, 72) reliée à l'arbre de l'alternateur et une courroie reliant les poulies entre elles, caractérisé en ce qu'au moins l'un des premier et deuxième moyens de découplage est placé dans l'une des poulies. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le mécanisme à roue libre (22) est placé dans la deuxième poulie (26) et autour de l'arbre (24) de l'alternateur. 7. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le mécanisme à roue libre est placé dans la première poulie. 8. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les premier et deuxième moyens de découplage sont constitués chacun d'un 2907849 9 mécanisme à roue libre (14, 16, 54, 56) situé dans la deuxième poulie (10, 44). 9. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les premier et deuxième moyens de découplage sont constitués chacun d'un 5 mécanisme à roue libre situé dans la première poulie. 10