Brevet FR2955059A1 — publié le 20110715

ENSEMBLE COMPORTANT UN MOTEUR THERMIQUE ET UNE MACHINE ELECTRIQUE REVERSIBLE [0001] L'invention porte sur le domaine des dispositifs d'arrêt et redémarrage automatique des moteurs à combustion, dits systèmes « stop and start ». [0002] Afin de réduire la consommation des véhicules, notamment en roulage urbain, lors desquels un véhicule est fréquemment à l'arrêt, moteur tournant, il est connu d'employer un alternateur réversible ou alterno-démarreur permettant l'arrêt et le redémarrage automatique du moteur thermique équipant le véhicule. Cette fonction est couramment désignée par son appellation anglophone « Stop and Start », ou l'acronyme STT. Cette technologie est aussi utilisée dans les chaines de traction hybride où le besoin d'arrêt et redémarrage du moteur est important. [0003] Selon cette technologie, l'alterno-démareur comporte une machine électrique qui est pilotée de manière à servir soit de générateur (alternateur classique) soit de démarreur (permettant le démarrage du moteur). [0004] Généralement la transmission de mouvement entre le vilebrequin et la machine électrique est assurée par la courroie d'accessoires. [0005] Cette architecture classique présente des inconvénients. La transmission de mouvement entre la machine électrique et le vilebrequin reste assurée par la courroie bien que le besoin de prestation de démarrage (temps très court) impose des efforts qui sont très importants et quelquefois au delà de ce qui est réalisable par une courroie, sauf à la sur dimensionner de manière importante. De manière corolaire, une telle solution entraine une augmentation de l'encombrement du moteur, dans la direction de l'axe de rotation de son vilebrequin, du fait de la nécessité de prévoir l'entraînement de la machine électrique au niveau de la façade d'accessoires du moteur (poulie supplémentaire requise, courroie d'accessoires renforcée donc plus large, etc.). [0006] En outre, la fonction de climatisation à l'arrêt ne peut être assurée sans imposer le redémarrage du moteur thermique, en effet la courroie accessoire entraine aussi le compresseur de climatisation, donc vouloir faire fonctionner le compresseur impose de fonctionnement du moteur thermique [0007] Il est connu dans le brevet FR2909938 de Valeo un dispositif faisant alternodémarreur et pouvant assurer par ailleurs un entraînement électrique d'un groupe de climatisation. Cependant, ce dispositif est encombrant, et très structurant au niveau de la face de distribution du moteur. En particulier, un tel dispositif entraine un allongement significatif du groupe motopropulseur dans l'axe du vilebrequin, ce qui peut être très préjudiciable notamment lorsque le moteur est implanté transversalement dans un sous- capot moteur. L'encombrement supplémentaire dans la direction de l'axe de rotation du vilebrequin est la conséquence de divers facteurs, selon la variante du dispositif envisagée : adaptation de la façade de distribution (poulies et courroies plus grosses, etc.), positionnement de l'alterno-démarreur en lui-même, positionnement des moyens d'accouplement entre l'alterno-démarreur et le vilebrequin, etc. [0008] Dans l'invention, on résout ces problèmes par un positionnement spécifique des moyens d'entraînements qui relient l'alterno-démarreur au vilebrequin. [0009] Plus précisément, l'invention porte sur un ensemble comportant un moteur thermique muni d'un vilebrequin présentant un ensemble de tourillons, une machine électrique réversible, et un premier dispositif d'entraînement débrayable entre la machine électrique et le vilebrequin du moteur, caractérisé en ce que le premier dispositif d'entraînement est en prise avec le vilebrequin entre deux tourillons. Le couplage entre la machine électrique et le vilebrequin du moteur est ainsi réalisé dans une zone située entre les deux tourillons extrêmes du vilebrequin (les tourillons situés vers les extrémités du vilebrequin) et peut dans une variante être réalisé en ménageant un moyen d'entrainement sur un contre poids. L'entraînement n'étant pas assuré en bout de vilebrequin, il est possible de ménager le premier dispositif d'entraînement de sorte à ne pas augmenter la longueur de l'ensemble dans la direction de l'axe de rotation du vilebrequin. On résout ainsi les problématiques d'encombrement posées par une solution traditionnelle d'entraînement de la machine électrique au niveau de la façade d'accessoires du moteur. [0010] Dans une variante de l'invention comportant en outre un compresseur de climatisation, on ménager un second dispositif d'entraînement entre la machine électrique et le compresseur de climatisation. On peut ainsi assurer ainsi une fonction d'entraînement du compresseur de climatisation sans redémarrage du moteur thermique, en jouant sur le premier dispositif d'entraînement débrayable. [0011] De préférence, le second dispositif d'entraînement est débrayable. Il est ainsi possible d'actionner la machine électrique sans entrainer le compresseur de climatisation. Avec un pilotage indépendant du premier et du second dispositif d'entraînement, on peut : démarrer le moteur thermique sans employer la climatisation, générer de l'électricité sans employer la climatisation, faire fonctionner la climatisation sans coupler la machine thermique au vilebrequin, ou encore entrainer le compresseur de climatisation par le vilebrequin via la machine électrique. [0012] Dans une variante de l'invention, le premier dispositif d'entraînement comporte une cascade de pignons. C'est un moyen simple et compact, permettant la transmission de couples important et fluctuants, tels que ceux pouvant être générés lors que démarrage du moteur thermique par la machine électrique. [0013] Dans une variante de l'invention, le premier dispositif d'entraînement comporte une chaîne d'entraînement. C'est un moyen simple d'entraînement, permettant le passage de couples importants. Du fait de l'engrènement de la chaîne sur le vilebrequin ailleurs qu'à son extrémité, il est aisé de la dimensionner pour accepter des efforts important, sans pour autant pénaliser la dimension de l'ensemble dans la direction de l'axe de rotation du vilebrequin du moteur. [0014] De préférence, le dispositif d'entraînement comporte une roue dentée portée par un contrepoids du vilebrequin. Le vilebrequin présente en effet généralement plusieurs contrepoids permettant d'équilibrer sa rotation, malgré l'entraînement des pistons du moteur par des ensembles bielle-manivelle. Les contrepoids du vilebrequin sont généralement des masses liées rigidement au vilebrequin, et présentant sensiblement une forme de portion de disque. Ils constituent donc une bonne base pour porter une couronne dentée permettant l'entraînement du vilebrequin par la machine électrique, et réciproquement de la machine électrique par le vilebrequin. Dans cette variante de l'invention, un des contrepoids du vilebrequin peut être constitué d'un disque non homogène. [0015] De préférence, la machine électrique présente un axe principal de rotation sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin. Selon cette disposition, l'encombrement de l'ensemble dans la direction de l'axe du vilebrequin du moteur peut ne pas être affecté par les moyens d'entraînement et de couplage de la machine électrique. [0016] De préférence, la machine électrique présente une sortie à chaque extrémité de son axe principal. Ainsi, la constitution de l'ensemble est-elle très simple et compacte. Cette architecture permet en outre une grande simplicité pour la mise en place de moyens indépendants de pilotage des premier et second dispositifs de couplage. [0017] Dans une variante de l'invention comportant en outre un carter dans lequel est positionné le vilebrequin, on ménage une ouverture dans une face du carter sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin, le premier dispositif d'entraînement traversant ladite ouverture. Cela permet la mise en oeuvre d'un ensemble selon l'invention, avec une machine électrique positionnée sur une face latérale du carter moteur, auquel elle peut en outre être liée. Dans une application automobile, une telle disposition permet l'obtention d'un groupe motopropulseur compact, notamment selon l'axe de rotation du vilebrequin, ce qui est particulièrement avantageux pour les véhicules équipé d'un moteur disposé transversalement dans le sous-capot moteur. [0018] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0019] La figure 1 présente un ensemble selon une variante de l'invention. [0020] La figure 2 présente un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, ainsi que son environnement immédiat. [0021] La figure 3 présente un schéma fonctionnel d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention. [0022] Sur la figure 1, on a représenté une variante de l'invention comportant un carter moteur 1. Il accueille un vilebrequin 2, correspondant dans la variante ici représenté à un moteur à combustion à 4 cylindres en ligne. Le vilebrequin présente ainsi quatre manetons 20, positionnés entre des tourillons 21. En regard des manetons 20 sont disposés des contrepoids 22, destinés à équilibrer le vilebrequin. [0023] Dans la variante de l'invention ici représentée, une roue dentée 23 est ménagée au niveau de l'un des contrepoids, pour l'entraînement du vilebrequin 2 par la machine électrique et réciproquement. Dans d'autres variantes de l'invention non représentées, la roue dentée 23 peut être par exemple remplacée par une poulie destiné à recevoir une courroie, par exemple une courroie dentée ou une courroie trapézoïdale, etc. [0024] Dans l'invention, un premier dispositif d'entraînement est ménagé entre le moteur thermique et une machine électrique 5. Dans la variante de l'invention ici représentée, en face de la roue dentée, on ménage sur le coté du carter du moteur 1 une ouverture 3, en regard de laquelle est fixé un boîtier de couplage 4 destiné à accueillir au moins pour partie le premier dispositif d'entraînement, entre le vilebrequin 2 et la machine électrique 5. Tel que présenté en figure 1, ce boîtier 4 peut être fixé au carter 1 par une bride autour de l'ouverture 3. Le boîtier 4 contient, dans la variante ici représenté, une cascade de pignon destinée à relier une entrée/sortie (par exemple un pignon en bout de rotor) d'une machine électrique 5 au vilebrequin, la roue dentée 23 formant le premier (respectivement dernier, selon que le vilebrequin 2 entraine la machine électrique 23 ou l'inverse) pignon de la cascade. [0025] Dans l'invention, le premier système d'entraînement est débrayable. Le moyen de couplage débrayable du système d'entraînement n'est pas détaillée ici, et peut être choisi parmi nombre de systèmes connus pouvant convenir dans l'invention : système à crabot, embrayage centrifuge, train épicycloïdal avec frein, etc. [0026] La figure 2 présente un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention comportant notamment un compresseur de climatisation 6, ainsi que son environnement immédiat. La partie basse du moteur est conforme au système présenté en figure 1. Dans la figure 2, on a représenté une machine électrique 5 et un compresseur de climatisation 6, dans un arrangement conforme à l'invention. [0027] La machine électrique 5 est liée au boîtier 4 par une première prise de force, ici sous la forme d'un pignon positionné en bout de rotor, et s'engrène, via un système de couplage débrayable, avec la cascade de pignon ménagée vers le vilebrequin. Dans la variante de l'invention ici représentée, la machine électrique présente une seconde prise de force, sous la forme d'une poulie 51 à l'autre extrémité de son rotor. [0028] Le compresseur de climatisation 6 présente une poulie d'entraînement 61, et est disposé de sorte qu'une courroie (non représentée) ménagée entre la poulie 51 et la poulie d'entraînement 61 permette l'entraînement du compresseur de climatisation 6. Ainsi le compresseur de climatisation 6 peut-il être entrainé en rotation par la machine électrique, ou par le vilebrequin 2 via la machine électrique. [0029] Dans la variante de l'invention ici représentée, la poulie d'entraînement 61 est de type débrayable, de sorte que le compresseur peut être entrainé ou non, indépendamment de l'entraînement de la machine électrique 5. [0030] La figure 3 présente le schéma fonctionnel d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, mettant en jeu un compresseur de climatisation. [0031] Dans la variante ici représentée, un premier embrayage El est interposé entre le vilebrequin 2 est relié et la machine électrique 5. Un second embrayage E2 est interposé entre la machine électrique 5 et le compresseur de climatisation 6. [0032] Le tableau ci-dessous présente un récapitulatif des différents modes de fonctionnement que permet cette variante de l'invention, en fonction de la position respective du premier embrayage El et du second embrayage E2. Situation de vie El E2 Recharge de la batterie, sans climatisation fermé ouvert Entraînement de la climatisation, moteur thermique fermé fermé fonctionnant (avec ou sans recharge de la batterie) Entraînement de la climatisation moteur thermique arrêté ouvert fermé [0033] L'entraînement de la machine électrique 5 au travers d'une ouverture dans une face du carter 1 sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin 2 permet de disposer la machine électrique 5 et le compresseur de climatisation 6 et leurs dispositifs d'entraînement de sorte à ne pas augmenter les dimensions de l'ensemble dans la direction de l'axe de rotation du vilebrequin 2. Dans l'exemple ici représenté, la machine électrique 5 et le compresseur de climatisation 6 sont disposés sur une face latérale du moteur. Dans une application automobile avec un moteur implanté transversalement dans le sous-capot, une telle disposition correspond à une disposition en face avant du moteur. Une telle architecture est en outre compatible de la mise en place de moyens de post-traitement 7, afin de constituer un groupe motopropulseur compact pour véhicule automobile. [0034] L'invention propose ainsi une solution technique compacte permettant de fiabiliser la fonction « stop and start » d'un moteur à combustion, tout en permettant l'obtention d'un ensemble compact, notamment dans la direction de l'axe de rotation du moteur, et, selon la variante de l'invention appliquée, permet la climatisation du véhicule équipé lorsque le moteur thermique est à l'arrêt. Revendications: 1. Ensemble comportant un moteur thermique muni d'un vilebrequin (2) présentant un ensemble de tourillons (21) , une machine électrique (5) réversible, et un premier dispositif d'entraînement débrayable entre la machine électrique (5) et le vilebrequin (2) du moteur, caractérisé en ce que le premier dispositif d'entraînement est en prise avec le vilebrequin (2) entre deux tourillons (21). 2. Ensemble selon la revendication 1 comportant en outre un compresseur de climatisation (6), caractérisé par un second dispositif d'entraînement entre la machine électrique (5) et le compresseur de climatisation (6). 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second dispositif d'entraînement est débrayable. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d'entraînement comporte une cascade de pignons. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d'entraînement comporte une chaîne. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d'entraînement comporte une roue dentée (23) portée par un contrepoids (22) du vilebrequin. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (5) présente un axe principal de rotation sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin (2). 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la machine électrique (5) présente une sortie à chaque extrémité de son axe principal. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un carter (1) dans lequel est positionné le vilebrequin (2), caractérisé par une ouverture (3) dans une face du carter (1) sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin (2), le premier dispositif d'entraînement traversant ladite ouverture (3).