Brevet FR2949392A1 — publié le 20110304

SYSTEME DE PROPULSION ET/OU DE FREINAGE PNEUMATIQUE D'UN VEHICULE, ET VEHICULE EQUIPE D'UN TEL SYSTEME. La présente invention concerne un système de propulsion et/ou de freinage pneumatique d'un véhicule, en particulier d'un véhicule automobile, qui peut être employé seul sur un véhicule ou en complément d'un autre mode de propulsion, de type classique, thermique et/ou électrique. Elle concerne également un véhicule, en particulier un véhicule automobile, équipé d'un tel système de propulsion et/ou de freinage. On connaît déjà des moteurs pneumatiques et des véhicules à propulsion pneumatique et mécanique. A titre d'exemple, le document FR 2 471 298 décrit un moteur à deux pistons cylindriques, qui entraîne les roues d'un véhicule. Un réservoir haute pression est relié au moteur à détente variable. Un détendeur actionné par le conducteur permet la variation de la pression à l'arrivée au moteur. A titre d'exemple également, le document FR 2 417 009 décrit un moteur pneumatique à effort tangentiel, qui comprend un vérin à double effet mettant en mouvement deux courroies crantées par l'intermédiaire d'un axe. Les courroies entraînent en rotation des pignons reliés à des engrenages. Le moteur est à alimentation continue à double effet, sans vilebrequin. L'ensemble bielle piston et chemise forme un tout. Dans ce dispositif, il y a transformation d'un mouvement alternatif continu (vérin à double effet) en un mouvement rotatif grâce à des transmissions à courroies et chaîne. Le document EP 0 386 830 A2 décrit un véhicule propulsé par un système pneumatique et mécanique. Un vérin est alimenté en air comprimé par un réservoir en fonction de valves, de la pression mesurée par un manomètre. Une courroie transmet le mouvement aux roues du véhicule. Un autre exemple est constitué par le document US 2004/0219031 Al, qui décrit un moteur pneumatique comprenant un stator avec des cylindres radiaux. Un piston coulisse dans chaque cylindre radial et chaque piston porte un rouleau qui est en contact avec une came annulaire portée par un rotor. Un dispositif de guidage force chaque piston à se déplacer en maintenant son axe rigoureusement aligné avec l'axe du cylindre correspondant. Ce document décrit également un système de propulsion, qui utilise ce moteur et qui comporte un réservoir haute pression, un réservoir moyenne pression, un réservoir basse pression, et un moteur secondaire, qui commande un ou plusieurs compresseurs. Le but de la présente est de fournir un système de propulsion et/ou de freinage pneumatique d'un véhicule, en particulier d'un véhicule automobile, qui, d'une part, puisse être employé seul sur un véhicule ou en complément d'un mode de propulsion thermique et/ou électrique, et qui, d'autre part, présente un rendement maximal avec une gestion de l'énergie pneumatique perfectionnée par rapport à celle des systèmes de propulsion pneumatiques de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel système, qui soit facilement réversible, qui puisse exercer une force de freinage importante, du même ordre que la force d'accélération qu'il peut exercer. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel système de propulsion et/ou de freinage pneumatique, qui soit industrialisable, fonctionnel, � transparent � pour le client du véhicule, et économique, en particulier parce qu'économe en consommation de carburant. Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir, dans le cas où le système de propulsion pneumatique n'est pas employé seul, une réelle gestion des modes de propulsion du véhicule. Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un système de propulsion et/ou de freinage pneumatique d'un véhicule, en particulier d'un véhicule automobile, qui comprend un réservoir d'air comprimé, deux vérins pneumatiques alimentés en air comprimé, les vérins étant alternativement entraînés par - et entraînant - une courroie et une roue dentée qui mettent en mouvement un arbre de roue du véhicule. L'actionnement des vérins pneumatiques est réalisé par leur alimentation en air ou leur mise à l'air libre par le moyen de valves pilotées par un calculateur électronique du véhicule. Lorsqu'un premier vérin pousse, par sa tige, et entraîne l'arbre de roue, la tige du second vérin est ramenée par la courroie à son point d'origine, ledit premier vérin se soulevant lorsque sa tige arrive en bout de course tandis que le second vérin est amené sur l'arbre de roue en position pour pousser et entraîner ledit arbre de roue, cette opération se répétant ainsi de manière cyclique. Le système de propulsion pneumatique de l'invention permet une récupération d'énergie assurée par un compresseur d'air remplissant le réservoir d'air comprimé, l'actionnement du compresseur étant réalisé par une liaison mécanique avec l'arbre de roue. Il peut être prévu un organe de débrayage du compresseur d'air commandé par le calculateur du véhicule, de telle sorte que le compresseur d'air ne soit embrayé que dans les phases de roulage suivantes : - en cas de levée de pied partiel ou total de la pédale d'accélérateur, - en cas d'actionnement de la pédale de frein, et - lorsque le véhicule est en descente. De préférence, un dispositif de variateur piloté est implanté sur l'arbre du compresseur d'air afin d'ajuster sa vitesse de rotation en fonction desdites phases de roulage. Ce dispositif de variateur piloté peut être employé pour réguler la vitesse du véhicule ou réguler le freinage. Le système de l'invention est facilement réversible du mode propulsion au mode freinage, en remplaçant le mouvement de poussée des vérins par un mouvement de traction, par le moyen des valves pilotées par le calculateur électronique du véhicule. En variante, le compresseur d'air peut être un compresseur électromécanique, l'usager pouvant charger le réservoir d'air comprimé en branchant le véhicule sur une source d'énergie électrique. En variante également, le réservoir d'air comprimé peut être rechargeable sur une source d'air extérieure. Les vérins pneumatiques peuvent être utilisés pour effectuer une recharge du réservoir d'air, les vérins étant alors entraînés par l'arbre de roue lors des phases de décélération du véhicule. Dans cette variante, il est possible d'optimiser la recharge en intégrant un variateur piloté sur l'arbre de roue. En fonction des conditions de roulage et notamment de freinage, le variateur peut être utilisé pour appliquer un couple résistant plus ou moins important et ainsi pour recharger plus ou moins le réservoir. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, le principe général de fonctionnement de l'invention, et - la figure 2 représente, de manière schématique également, le fonctionnement des vérins pneumatiques. En référence à la figure 1, le dispositif pneumatique de l'invention comprend une chaîne de transmission mécanique, qui comprend une roue dentée 2 mettant en mouvement l'arbre des roues 3 d'axe Y (seule la roue 1 est représentée), une courroie 5 mettant en mouvement de rotation la roue dentée 3, et deux vérins pneumatiques 6 et 7 successivement entraînant - et entraînés par - la courroie 5 (mouvements illustrés par la flèche � m �). La référence 4 désigne un ensemble d'éléments non représentés en détails sur le schéma, tels que le système d'embrayage, la boîte de vitesse et éventuellement le moteur thermique du véhicule. Les deux vérins 6 et 7 sont articulés en rotation sur un axe d'articulation 8. Les valves A, B, respectivement C, D, des vérins 6, respectivement 7, sont pilotées par le calculateur électronique 100 du véhicule, comme illustré schématiquement par les liaisons a, b, c et d entre le calculateur 100 et les valves précitées. Ces valves permettent le passage de l'air, qui provient du réservoir d'air comprimé 9 et qui est au passage régulé en pression par le régulateur de pression d'air 10 commandé par le calculateur 100, comme illustré par la liaison de commande f. Le calculateur 100 reçoit et traite des informations provenant de la pédale d'accélération 20, de la pédale de frein 21 et d'un capteur de niveau du véhicule 22, comme illustré schématiquement par les liaisons f, g et h, respectivement. La référence 11 désigne un compresseur d'air alimentant le réservoir d'air comprimé 9. Le fonctionnement du système est décrit ci-après. 20 A. La récupération de l'énergie. La récupération de l'énergie est assurée par le compresseur 11, qui remplit le réservoir d'air comprimé 9. Le volume du réservoir 9 est plus ou moins important selon que le véhicule est propulsé par le moteur pneumatique 25 associé à un autre moyen de propulsion ou est propulsé seulement par le moteur pneumatique. Le compresseur 11 est actionné par l'arbre moteur du véhicule ou arbre de roue 3, duquel il peut être débrayé. Le compresseur 11 est débrayé de l'ensemble de 30 propulsion hors moteur pneumatique (ensemble non représenté) lorsque le véhicule est en phase d'accélération. Le calculateur 100 est programmé pour réaliser l'embrayage dans les phases de roulage suivantes : - en cas de levée de pied partiel ou total de la 35 pédale d'accélérateur 20, - en cas d'actionnement de la pédale de frein 21, et - lorsque le véhicule est en descente (information donnée par le capteur de niveau 22 du véhicule). Si le débrayage du compresseur 11 n'est pas retenu, lors des phases d'accélération, on choisit de maintenir un dispositif de variateur piloté, décrit ci-après, à son diamètre le plus faible et de laisser libre la sortie d'air du compresseur 11 de manière à opposer le couple mécanique résistant le plus faible possible au moteur de propulsion thermique et/ou électrique du véhicule. Le dispositif de variateur piloté, appelé aussi � variateur � dans la suite du texte, désigné par ses principaux éléments constitutifs 13, 14, 22, de type connu en soi, est implanté par son flasque gauche 14 sur l'arbre du compresseur 11 afin d'ajuster sa vitesse de rotation en fonction des phases de roulage mentionnées ci-dessus, à savoir la levée de pied de la pédale d'accélérateur 20, l'appui sur la pédale de frein 21 et le véhicule en pente. Un organe 12 permet de translater (mouvement représenté par la flèche � n �) une vis sans fin afin de plus ou moins pousser ou tirer le flasque droit 13 du variateur pour adapter la vitesse de rotation du compresseur d'air 11. Cet organe 12 est commandé par le calculateur 100, comme illustré par la liaison � e �. Plus le diamètre du variateur est important, plus le couple résistant appliqué à l'arbre moteur 3 est élevé et plus le réservoir d'air comprimé 9 se charge. Si l'amplitude de réglage du diamètre du variateur n'est pas suffisante, il est alors possible d'implanter un autre variateur sur la même courroie 22 mais du côté de l'arbre moteur (non représenté sur le schéma). Le calculateur 100 ajuste le(s) diamètre(s) du(des) variateur(s) de façon à recharger le réservoir d'air comprimé 9 autant qu'il est possible en fonction des conditions de roulage et de la pente du véhicule. Le (s) variateur(s) peu(ven)t également être employé(s) pour réguler la vitesse du véhicule. En effet, lorsque le compresseur 11 recharge la réserve d'air comprimé 9, il engendre un couple résistant sur l'arbre moteur 3. Le variateur implique que le compresseur 11 soit monté libre en rotation et rappelé par un moyen élastique, de type ressort. En variante, la possibilité peut être donnée à l'utilisateur de recharger sa réserve d'air comprimé. Le compresseur mécanique devient alors un compresseur électromécanique débrayable. Lorsque l'utilisateur branche son véhicule, le compresseur 11 est désolidarisé de l'arbre moteur 3, puis charge le réservoir d'air comprimé 9. Le rechargement est avantageusement effectué par le moyen d'une source de tension électrique de 220 Volts, plus facile à trouver qu'une source d'air comprimé, mais il reste toujours possible de remplacer ce mode de rechargement par une recharge au moyen d'une source d'air extérieure (non représentée sur le schéma). La référence 15 (figure 1) illustre une source de tension électrique de 220 Volts. B. L'actionneur pneumatique. Le principe d'actionnement selon la présente invention, illustré par le schéma de la figure 1, permet de propulser le véhicule, mais aussi de la freiner, la force de freinage ou d'accélération étant ajustée par le régulateur de pression d'air 10 et asservie par l'intermédiaire du calculateur électronique 100 aux informations issues des pédales de frein 20 et d'accélération 21. La liaison � i � illustre la commande du régulateur de pression 10 par le calculateur 100. La propulsion et le freinage pneumatiques sont assurés par les deux vérins 6 et 7 mentionnés précédemment, alimentés en air par leurs deux extrémités. La mise à l'air libre ou l'alimentation en air des vérins sont réalisés par les quatre vannes A, B, C et D pilotées par le calculateur 100 mentionnées précédemment. L'actionnement cyclique pneumatique par les vérins 6 et 7 est décrit ci-dessous en référence à la figure 2 et en partant de la situation des vérins telle que représentée sur cette figure 2. Dans le cas où le véhicule doit accélérer : - i) la valve A du vérin 6 est ouverte alors que les valves B, C et D sont mises à l'air libre, - ii) le vérin 6 pousse et entraîne par sa tige 6a la roue dentée 2, par conséquent l'arbre moteur 3, pendant que la tige 7a du vérin 7 est ramenée à son point d'origine par la courroie 5 en mouvement autour des rouleaux 5a et 5b (les valves C et D étant à l'air libre, quasiment toute la force utile du vérin 6 est utilisée pour la rotation de l'arbre moteur 3), iii) arrivé en bout de course, le vérin 6 se soulève en pivotant autour de l'axe 8 et l'inertie de l'arbre moteur 3 transmise par la petite courroie 21 permet au vérin 7 d'être amené sur l'arbre moteur 3, toutes les valves étant mises à l'air libre pendant cette phase pour ne pas opposer de résistance, - iv) la valve C du vérin 7 est alors ouverte, tandis que les valves A, B et D sont mises à l'air libre, - v) le vérin 7 pousse et entraîne par sa tige 7a la roue dentée 2, par conséquent l'arbre moteur 3, pendant que la tige 6a du vérin 6 est ramenée à son point d'origine par la courroie 5 (flèche m2), les valves A et B étant à l'air libre et quasiment toute la force utile du vérin 7 étant utilisée pour la rotation de l'arbre moteur 3, - et, un nouveau cycle de phases i) à v) débute. 25 Dans le cas où le véhicule doit freiner : - i') la valve B du vérin 6 est ouverte alors que les valves A, C et D sont mises à l'air libre, - ii') le vérin 6 tire et tend à freiner l'arbre moteur 3 pendant que la tige 7a du vérin 7 est ramenée à son 30 point d'origine par la courroie 5, - iii') arrivé en bout de course, le vérin 6 se soulève en pivotant autour de l'axe 8 et l'inertie de l'arbre moteur 3 transmise par la petite courroie 21 permet au vérin 7 d'être amené sur l'arbre moteur 3, toutes les 35 valves étant mises à l'air libre pendant cette phase pour ne pas opposer de résistance sur la courroie d'entraînement des vérins, - iv') la valve D du vérin 7 est alors ouverte, tandis que les valves A, B et C sont mises à l'air libre, - v') le vérin 7 tire et tend à freiner par sa tige 7a la roue dentée 2, par conséquent l'arbre moteur 3, pendant que la tige 6a du vérin 6 est ramenée à son point d'origine par la courroie 5, - et, un nouveau cycle de phases i') à v') débute. C. Les variantes de fonctionnement. C.1 Système de propulsion pneumatique sans la fonction � freinage à vérins �. Si la fonction freinage par les vérins n'est pas retenue, il devient possible d'adopter un actionneur pneumatique à un ou plusieurs pistons ou bien le système des deux vérins 6 et 7 décrit ci-dessus dans lequel les deux valves B et D sont supprimées ainsi que les entrées d'air associées. C.2 Autres variantes possibles. En variante, il est possible de se passer de compresseur. Dans ce cas, le réservoir d'air comprimé 9 est rechargé, lors des phases de décélération du véhicule, en utilisant les vérins 6 et 7. L'arbre de roue 3 entraîne les vérins qui viennent compresser l'air par les valves B et D et remplir le réservoir 9. Dans cette variante, il est possible d'optimiser la recharge en intégrant un variateur piloté sur l'arbre de roue. En fonction des conditions de roulage et notamment de freinage, le variateur peut être utilisé pour appliquer un couple résistant plus ou moins important et ainsi pour recharger plus ou moins le réservoir. En variante également, le mécanisme d'entraînement de l'arbre de roue par les vérins peut être remplacé par un mécanisme plus adapté, de fonction similaire et de type connu en soi. On notera que, dans le cas où le système de freinage par vérins est le système prépondérant ou unique du véhicule, le calculateur doit alors assurer constamment la bonne charge du réservoir d'air comprimé et ce quelles que soient les conditions de roulage, en accélération ou en décélération. Le système de propulsion et/ou de freinage pneumatique décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi 5 lesquels les avantages suivants : - il est facilement réversible, et peut, exercer une force de freinage importante comme une force d'accélération importante, celle-là étant inversement égale à celle-ci, - il permet un allègement important du système de 10 freinage hydraulique classique du véhicule, - il améliore l'endurance du freinage, en supprimant l'échauffement dû au frottement, - il constitue, lorsqu'il est utilisé en moyen de propulsion unique du véhicule, un moyen de propulsion 15 totalement écologique, - lorsqu'il est utilisé en association avec un moteur thermique classique, il permet d'améliorer les performances du véhicule en accélération, de réduire la consommation de carburant, de démarrer le véhicule même en cas de panne de 20 batterie, - lorsqu'il est utilisé sur un véhicule équipé d'un autre mode de propulsion, thermique et/ou électrique, il peut, pendant une durée plus ou moins longue, remplacer le moteur thermique et/ou électrique en cas de panne d'essence 25 ou de batterie, et il peut également, lorsque le véhicule est en pente, maintenir automatiquement la vitesse, - lorsqu'il est utilisé en association avec un moteur électrique, il peut être utilisé en frein moteur automatique ajustable aux conditions de roulage et simultanément 30 récupérer de l'air, - il est d'utilisation aisée, sa réserve d'air pouvant être facilement rechargée sur une prise de tension électrique de 220 Volts de type classique en quelques minutes, 35 - il constitue un système transparent pour le client, et - enfin, il est économique, d'une part parce que les organes utilisés sont classiques, relativement simples à mettre en oeuvre, et d'autre part, parce que c'est un système qui favorise une diminution de la cylindrée du moteur thermique éventuellement associé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Système de propulsion et/ou de freinage pneumatique d'un véhicule, en particulier d'un véhicule automobile, qui comprend un réservoir d'air comprimé (9), deux vérins pneumatiques (6, 7) alimentés en air comprimé, lesdits vérins (6, 7) étant alternativement entraînés par - et entraînant - une courroie (5) et une roue dentée (2) qui mettent en mouvement un arbre de roue (3) du véhicule. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionnement desdits vérins pneumatiques (6, 7) est réalisé par leur alimentation en air ou leur mise à l'air libre par le moyen de valves (A, B, C, D) pilotées par un calculateur électronique (100) du véhicule. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsqu'un premier vérin (6) pousse, par sa tige (6a), et entraîne l'arbre de roue (3), la tige (7a) du second vérin (7) est ramenée par la courroie (5) à son point d'origine, ledit premier vérin (6) se soulevant lorsque sa tige (6a) arrive en bout de course tandis que le second vérin (7) est amené sur l'arbre de roue (3) en position pour pousser et entraîner ledit arbre de roue (3), cette opération se répétant ainsi de manière cyclique. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il permet une récupération d'énergie assurée par un compresseur d'air (11) remplissant le dit réservoir d'air comprimé (9), l'actionnement du compresseur (11) étant réalisé par une liaison mécanique avec l'arbre de roue (3). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe de débrayage du compresseur d'air (11) commandé par le calculateur (100) du véhicule, de telle sorte que le compresseur d'air (11) ne soit embrayé que dans les phases de roulage suivantes : - en cas de levée de pied partiel ou total de la pédale d'accélérateur (20), - en cas d'actionnement de la pédale de frein (21), et- lorsque le véhicule est en descente. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un dispositif de variateur piloté (13, 14) est implanté sur l'arbre du compresseur d'air (11) afin d'ajuster sa vitesse de rotation en fonction desdites phases de roulage. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de variateur piloté (13, 14) peut être employé pour réguler la vitesse du véhicule. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est réversible, en remplaçant le mouvement de poussée des vérins (6, 7) par un mouvement de traction, par le moyen des valves (A, B, C, D) pilotées par le calculateur électronique (100) du véhicule. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit compresseur d'air (11) est un compresseur électromécanique, l'usager pouvant charger le réservoir d'air (9) en branchant le véhicule sur une source d'énergie électrique (15). 10. Système selon l'une quelconque des revendications 20 1 à 7, caractérisé en ce que le réservoir d'air comprimé (9) est rechargeable sur une source d'air extérieure. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les vérins pneumatiques (6, 7) sont utilisés pour réaliser une recharge du réservoir d'air 25 (9), lesdits vérins (6, 7) étant alors entraînés par l'arbre de roue (3) lors des phases de décélération du véhicule. 12. Véhicule, en particulier véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système de propulsion et/ou de freinage pneumatique conforme à l'une quelconque 30 des revendications précédentes.