Brevet FR2951672A1 — publié le 20110429

Dispositif de couplage interposé entre un moteur électrique et un moteur thermique et chaîne cinématique pour véhicule automobile hybride comprenant un tel dispositif de couplage La présente invention concerne un dispositif de couplage interposé entre un moteur électrique et un moteur thermique et une chaîne cinématique pour véhicule automobile hybride comprenant un tel dispositif de couplage. Les véhicules automobiles conventionnels utilisent comme groupe propulseur des moteurs à essence ou des moteurs diesel. Ces véhicules automobiles à moteurs thermiques ont pour principal inconvénient, la pollution de l'environnement. Pour palier cet inconvénient, outre l'utilisation de carburant de substitution, on se dirige de plus en plus vers de concepts d'entraînement de types nouveaux. A ce propos, on connaît de l'état de la technique des dispositifs d'entraînement purement électrique pour véhicule automobile, dont une chaîne cinématique comprenant un moteur électrique alimenté par des batteries électriques, l'arbre moteur de la machine entraînant directement les roues du véhicule. Un tel système permet une conduite sans émissions, mais les performances possibles et la distance pouvant être parcourue sont toutefois limitées. Il est uniquement adapté pour une circulation à faible vitesse véhicule, par exemple en ville. Pour contourner le problème d'insuffisance de puissances de la machine électrique, ainsi que le problème d'autonomie dans le cas d'un système d'entraînement purement électrique, les constructeurs d'automobiles se sont orientés vers des dispositifs d'entraînement à motorisation hybride qui combine un moteur thermique avec un moteur électrique dans la même chaîne cinématique. Le moteur thermique offre une puissance importante et une grande autonomie et le moteur électrique permet une conduite sans émissions. Ainsi, lors de trajets sur des voies rapides ou des autoroutes, sur une pente ou lors d'une phase d'accélération, le véhicule est propulsé par le moteur thermique et les batteries se chargent tandis qu'en circulation urbaine, c'est-à-dire à faible vitesse, le véhicule est entraîné par le moteur électrique alimenté par les batteries. L'architecture d'un tel dispositif hybride est relativement complexe, il comprend généralement un moteur thermique relié par l'intermédiaire d'un vilebrequin et d'un embrayage à l'arbre d'entrée d'une boîte de vitesses, et un moteur électrique étant monté en parallèlement à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Cet agencement parallèle du moteur électrique nécessite la prévision d'un espace structurel plus important que dans le cas d'un dispositif conventionnel. Pour pouvoir obtenir des puissances de propulsion suffisantes et pour pouvoir parcourir l'ensemble de la plage de vitesse du véhicule, il est alors nécessaire d'utiliser des moteurs électriques surdimensionnés afin de couvrir toute la plage de vitesses véhicules, qui nécessite un encombrement spatial plus élevé et qui en outre augmente le poids du véhicule et par conséquent les forces résistantes, induisant alors une consommation plus importante en énergie. La présente invention a pour but de réaliser une chaîne cinématique pour véhicule automobile hybride en mode 4x4 ou en mode 2x2 qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Pour ce faire, elle propose d'interposer un dispositif de couplage mécanique entre le moteur électrique et le moteur thermique permettant de passer de manière très simple et automatique entre les trois modes de fonctionnement, à savoir les modes de fonctionnement purement électrique, thermique ou hybride, en fonction des besoins du conducteur, tout en fournissant un couple moteur suffisant afin de balayer l'ensemble de la plage de vitesses véhicules, tout en permettant des coût de production réduits par comparaison à des chaînes cinématiques comparables. Le dispositif de couplage autorise une architecture de la chaîne 25 cinématique plus simple, et peu encombrant. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de couplage destiné à être interposé entre un moteur thermique et un moteur électrique. Selon l'invention, il comporte - une roue dentée reliée à un premier arbre moteur entraîné par ledit 30 moteur électrique, - un disque de couplage relié à un deuxième arbre moteur entraîné par ledit moteur thermique, et - des moyens de couplage interposés entre la roue dentée et le disque permettant par force centrifuge de coupler le moteur thermique et le moteur électrique lorsque la vitesse de rotation du disque est supérieure à la vitesse de rotation de la roue dentée. Grâce au dispositif de couplage par force centrifuge réalisé selon l'invention, il devient possible de contourner les inconvénients décrits ci-dessus. L'utilisation d'un tel dispositif comme moyens de variation de couples s'est avérée particulièrement avantageuse. Car il permet de faire passer le véhicule en mode d'entraînement électrique, en mode d'entraînement par le moteur thermique, ou en mode hybride sans utiliser d'actionneurs spécifiques. Selon une forme de réalisation de l'invention, lesdits moyens comprennent au moins un élément de couplage monté rotatif autour d'un axe de rotation sur le disque, la rotation dudit disque permettant de déplacer ledit élément de couplage d'une position dite au repos dans laquelle il est libre vers une position dite d'engrènement avec la roue dentée par force de centrifuge due à la rotation du disque dans laquelle il transmet un couple de rotation du disque dans un sens de roulement à la roue dentée. De préférence, l'élément de couplage est relié au disque au moyen d'un axe de fixation, ledit axe étant bloqué en fixation sur ledit disque au moyen d'un écrou frein. En outre, l'élément de couplage est reçu sur l'axe par l'intermédiaire de deux roulements à billes. Selon une forme de réalisation, ledit élément de couplage se présente sous une forme dentée ayant une forme coopérant avec le creux de la roue dentée. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le disque et la roue dentée sont configurés pour tourner dans le même sens. L'objet de la présente invention concerne encore une chaîne cinématique d'entraînement hybride électrique/thermique pour véhicule automobile, comprenant un moteur thermique, un moteur électrique relié à l'arbre d'entrée d'une transmission à boîte de vitesse par l'intermédiaire d'un embrayage interposé. Selon l'invention, elle comprend un dispositif de couplage tel que défini ci- dessus interposé entre le moteur thermique et le moteur électrique, ledit dispositif de couplage permettant de coupler le couple moteur thermique avec le couple moteur électrique en fonction du besoin pour que le véhicule automobile puisse fonctionner respectivement en mode d'entraînement électrique, en mode d'entraînement par le moteur thermique, ou en mode hybride. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre en référence aux dessins qui représentent: en figure 1: une vue schématique d'une chaîne cinématique comprenant un 5 dispositif de couplage selon l'invention interposé entre un moteur thermique et un moteur électrique ; en figure 2 : une vue schématique d'une autre forme améliorée de réalisation de la chaîne cinématique de la figure 1 ; en figures 3A et 3B: un vue schématique de dessus montrant l'agencement 10 des différents éléments constituant le dispositif de couplage selon l'invention, en particulier dans la figure 3B, l'élément de couplage étant dans une position dite d'engrènement avec la roue dentée ; en figure 4: une vue schématique d'une vue en coupe montrant la zone d'assemblage entre le disque et l'élément de couplage. 15 La figure 1 représente une forme de réalisation de la chaîne cinématique 6 selon l'invention qui comprend d'amont en aval vers un train de roues motrices (non représenté) un moteur thermique 2 et un moteur électrique 3. Entre le moteur thermique 2 et le moteur électrique 3 relié aux arbres de transmissions 20 transversaux du train est interposé un dispositif de couplage 1 qui permet de coupler le couple fourni par le moteur thermique avec celui du moteur électrique. De façon connue, la chaîne comporte également une source qui est un ensemble de batteries électriques, telles que des batteries d'accumulateur qui sont destinées à alimenter le moteur électrique 3. Le moteur électrique 3 peut 25 fonctionner en moteur ou en générateur d'énergie électrique. Ainsi lors d'une phase de freinage, l'énergie de freinage peut être récupérée et transformée en énergie électrique par le moteur électrique afin de recharger les batteries qui jouent alors le rôle de stockage d'énergie électrique. La figure 2 montre une forme alternative améliorée de la chaîne 30 cinématique 6' de la figure 1, en interposant un alternateur 16 entre la sortie du moteur thermique 2 et le dispositif de couplage 1 de l'invention. Cet alternateur est également relié à une batterie 17 pour une alimentation permanente. Dans une autre forme améliorée de la chaîne cinématique, cette batterie est reliée au moteur électrique 3 via un onduleur 18 de manière à transformer l'énergie de la 35 batterie en courant alternatif pour alimenter le moteur électrique 3. Dans la forme de réalisation représentée, le dispositif de couplage 1 comprend une roue dentée 9 reliée à un premier arbre moteur entraîné par ledit moteur électrique 3, un disque de couplage 8 relié à un deuxième arbre moteur entraîné par ledit moteur thermique 2, et des moyens de couplage interposés entre le disque 8 et la roue dentée 9 permettant par force centrifuge de coupler le moteur thermique 2 et le moteur électrique 3. Le disque 8 et la roue dentée 9 sont coaxiaux, leur centre de rotation étant sur le même axe. Les figures 3 et 4 représentent plus en détail la structure d'un tel dispositif de couplage. Les moyens de couplage sont constitués par des éléments de couplage 7 qui se présentent sous la forme d'un cliquet ayant une forme coopérant avec le creux 14 de la roue dentée 9. Sur les figures 3A et 3B, à titre d'exemple, le dispositif comporte trois cliquets 7. Ces cliquets sont fixés de manière rotative par l'intermédiaire d'un moyen de fixation sur le disque. Lorsque le disque est au repos, c'est-à-dire non entraîné par le moteur thermique, les cliquets sont également au repos. Lorsque le disque tourne, leur forme est définie de sorte qu'ils sont susceptibles de tourner autour de leur axe de rotation 10 de sorte qu'une des deux extrémités ayant une forme pointue 15 du cliquet vient s'engager dans un creux 14 de la roue dentée 9. Ce mouvement de rotation est obtenu par la force centrifuge. De cette façon, les cliquets transmettent le couple de rotation du disque à la roue dentée. La figure 4 illustre plus en détail la fixation du cliquet 7 sur le disque 8. Le cliquet et le disque sont pourvus d'un trou dans lequel est reçu un axe de fixation classique 13. Une extrémité de cet axe est solidarisée au disque au moyen d'un écrou frein 11. Le cliquet est solidarisé à l'axe au moyen de deux roulements à billes 12 qui sont disposés de part et d'autre du cliquet 7. Dans la forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 1, la chaîne cinématique hybride peut entraîner toute seule les roues du train avant ou celles du train arrière pour véhicule automobile en fonctionnement 2x2. Il est également possible d'envisager un group d'entraînement comprenant une première chaîne cinématique hybride entraînant un premier train de roues et une deuxième chaîne hybride entraînant un second train de roues pour un véhicule automobile en fonctionnement tout électrique 4x4. La chaîne cinématique hybride électrique/thermique comporte d'amont en 35 aval vers les arbres de transmission de roues le moteur électrique 3 accouplé à l'arbre d'une transmission à boîte de vitesse 5 par l'intermédiaire d'un embrayage interposé 4 et un moteur thermique 2. Le dispositif de couplage 1 qui permet de coupler le moteur thermique avec le moteur électrique pour que le véhicule automobile puisse fonctionner respectivement en mode d'entraînement électrique, ou en mode hybride est interposé entre le moteur thermique 2 et le moteur électrique 3. Ce dispositif de couplage permet d'adapter de manière automatique et uniquement par force centrifuge les modes de fonctionnement en fonction du besoin en couple moteur demandé par le conducteur du véhicule. En effet lors du démarrage du moteur électrique et à faible vitesse véhicule, Le véhicule qui est en régime de faible vitesse véhicule fonctionne en mode d'entraînement électrique. Le disque 8 ne tourne pas et, par conséquent les cliquets 7 sont en position dite de repos. Lorsqu'on active le moteur thermique, en tournant par exemple la clé de contact, le moteur thermique fonctionne en ralenti en entraînant la rotation du disque 8. Par la force centrifuge, les cliquets 7 viennent s'appuyer sur la crête des dents de la roue (Figure 3A). Au fur à mesure de l'augmentation de la vitesse de rotation du disque, en accélérant avec la pédale d'accélérateur, le disque 8 est amené à tourner à une vitesse supérieure à la vitesse de la roue dentée, et par la force centrifuge, les cliquets 7 tournent vers l'intérieur de telle sorte que l'extrémité 15 de chaque cliquet vient s'engager dans un creux 14 de la roue dentée 9 tel qu'illustré sur la figure 3B. De cette façon, le dispositif de couplage permet d'ajouter le couple du moteur thermique au couple du moteur électrique, le véhicule fonctionne alors en mode hybride. REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage (1) destiné à être interposé entre un moteur thermique (2) et un moteur électrique (3), caractérisé en ce qu'il comporte - une roue dentée (9) reliée à un premier arbre moteur entraîné par ledit 5 moteur électrique (3), - un disque de couplage (8) relié à un deuxième arbre moteur entraîné par ledit moteur thermique (2), et - des moyens de couplage interposés entre la roue dentée (9) et le disque (8) permettant par force centrifuge de coupler le moteur thermique (2) et le moteur 10 électrique (3) lorsque la vitesse de rotation dudit disque (8) est supérieure à la vitesse de rotation de la roue dentée (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage comprennent au moins un élément de couplage (7) monté rotatif 15 autour d'un axe de rotation (10) sur le disque (8), la rotation dudit disque (8) permettant de déplacer ledit élément de couplage (7) d'une position dite au repos dans laquelle il est libre vers une position dite d'engrènement avec la roue dentée (9) par force de centrifuge due à la rotation du disque dans laquelle il transmet un couple de rotation du disque (8) dans un sens de roulement à la roue dentée (9). 20 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de couplage (7) est relié au disque (8) au moyen d'un axe de fixation (13), ledit axe étant bloqué en fixation sur ledit disque au moyen d'un écrou frein (11). 25 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de couplage (7) est reçu sur l'axe par l'intermédiaire de deux roulements à billes (12). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit élément de couplage (7) se présente sous la forme d'un cliquet ayant une 30 extrémité (15) pouvant coopérer par engrènement avec un creux (14) de la roue dentée (9). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le disque (8) et la roue dentée (9) sont configurés pour tourner dans le même sens. 7. Chaîne cinématique d'entraînement hybride électrique/thermique (6, 6') pour véhicule automobile, comprenant un moteur thermique (2), un moteur électrique (3) relié à l'arbre d'entrée d'une transmission à boîte de vitesse (5) par l'intermédiaire d'un embrayage interposé (4), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, un dispositif de couplage (1) défini selon l'une des revendications 1 à 6, ledit dispositif étant interposé entre le moteur thermique (2) et le moteur électrique (3), ledit dispositif de couplage permettant de coupler le couple moteur thermique avec le couple moteur électrique en fonction du besoin pour que le véhicule automobile puisse fonctionner respectivement en mode d'entraînement électrique, en mode d'entraînement par le moteur thermique, ou en mode hybride.15