Brevet FR2975640A1 — publié le 20121130

La présente invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour l'entraînement d'un véhicule automobile de type hybride. Comme cela est déjà connu, ce type de véhicule comporte un groupe motopropulseur qui utilise seul ou en combinaison, un moteur thermique à combustion interne avec un dispositif de variation de vitesse et une machine électrique rotative reliée à une source électrique, telle qu'une ou plusieurs batteries, pour réaliser son déplacement. Cette combinaison a pour avantage d'optimiser les performances de ce véhicule, notamment en réduisant les émissions de polluants dans l'atmosphère et en diminuant la consommation en carburant. Ainsi, lorsque l'on souhaite déplacer le véhicule avec un couple important sur une grande plage de vitesses tout en limitant la génération de gaz d'échappement et de bruit, comme dans un site urbain, l'utilisation de la machine électrique est privilégiée pour entraîner en déplacement ce véhicule. Par contre, le moteur thermique est utilisé, seul ou en association avec la machine électrique, pour déplacer ce véhicule lors d'utilisations où une puissance d'entraînement élevée et une grande autonomie de fonctionnement sont demandées. Comme cela est mieux décrit dans la demande de brevet français N°10/03.002 du demandeur, le dispositif de variation de vitesse de ce type de véhicule hybride comprend des accouplements unidirectionnels et des embrayages à commande contrôlée associés à un double train épicycloïdal, chacun de ces trains comportant une couronne, un planétaire et un porte-satellites pour commander le déplacement du véhicule au travers de son essieu moteur. Ceci permet ainsi d'obtenir deux rapports de vitesse lorsque le véhicule est entraîné par le moteur électrique et trois rapports de vitesse pour l'entraînement par le moteur thermique. Dans un souci constant d'amélioration, le demandeur a encore perfectionné ce dispositif de transmission à vitesse variable en offrant la possibilité de pouvoir entraîner le véhicule par le moteur thermique selon un rapport de vitesse supplémentaire. Grâce à ce rapport de vitesse, le moteur thermique est utilisé sur un meilleur point de fonctionnement tout en disposant d'un couple à la roue plus important. A cet effet, l'invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile de type hybride comportant une machine électrique, un moteur thermique avec un arbre de moteur, un dispositif de variation de vitesse comprenant deux trains épicycloïdaux coaxiaux, chacun avec une couronne, un planétaire et des satellites portés par un porte-satellites, et deux embrayages, caractérisé en ce qu'il comprend une voie de transmission de mouvement de rotation parallèle à l'arbre de moteur pour la liaison entre l'arbre de moteur et la couronne de l'un des trains épicycloïdaux. La voie de transmission peut comprendre un arbre de transmission portant des moyens de liaison en rotation avec l'arbre et la couronne. L'arbre de transmission peut comprendre deux demi-arbres reliés entre eux par un accouplement unidirectionnel. Avantageusement, l'accouplement unidirectionnel peut comprendre une roue libre. De manière préférentielle, les moyens de liaison avec l'arbre peuvent 30 comprendre un engrenage.25 Les moyens de liaison avec la couronne peuvent comprendre une roue dentée coopérant avec une denture extérieure portée par le bandeau de ladite couronne. L'arbre de transmission peut être supporté par des paliers portés par une partie fixe du groupe motopropulseur. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle est annexée la figure unique qui est un schéma montrant un groupe motopropulseur selon l'invention appliqué à un système d'entraînement d'un véhicule hybride. Sur la figure 1, le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique 10, notamment un moteur à combustion interne, avec un arbre de moteur 12 issu du vilebrequin de ce moteur et un dispositif de variation de vitesse 14. Ce groupe motopropulseur comprend également une machine électrique 16 avec un rotor 18. Cette machine peut fonctionner en tant que moteur électrique d'entraînement pour le véhicule ou en tant que générateur d'énergie électrique et plus particulièrement en tant qu'alternateur pour assurer la charge des batteries (non représentées). Ce groupe est associé à un essieu moteur 20 qui permet d'entraîner les roues motrices 22 du véhicule, avantageusement par l'intermédiaire d'un pont différentiel24. Le dispositif de variation de vitesse 14 comprend un train épicycloïdal principal 26, baptisé train épicycloïdal de moteur, un autre train épicycloïdal additionnel 28, dénommé dans la suite de la description train épicycloïdal de machine, deux embrayages à commande contrôlée 30, 32, deux accouplements unidirectionnels automatiques, ici des roues libres 34, 36, et une voie de transmission de mouvement de rotation 38. Le train épicycloïdal de moteur 26 comprend un planétaire 40 avec un bandeau 42 denté extérieurement porté par un flasque 44. Ce flasque est monté fixement sur un arbre 46, ici un arbre creux, dit arbre de planétaire, placé dans le prolongement de l'arbre de moteur 12 en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à celui-ci. L'extrémité libre 48 de cet arbre de planétaire prend appui dans un palier 50 porté par une partie fixe 52 du groupe motopropulseur du véhicule au travers de la roue libre 34, dite roue libre planétaire. Ce train comprend également une couronne 54 avec un anneau 56 denté intérieurement, placé concentriquement au planétaire 40, et un voile 58 relié à une extrémité 59 d'un arbre creux 60, dit arbre de couronne. L'arbre de couronne entoure l'arbre de planétaire tout en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à celui-ci. La couronne 54 est reliée par l'intermédiaire de l'arbre de couronne 60 à un palier 62 d'une partie fixe du groupe motopropulseur du véhicule par la roue libre 36, dite roue libre de couronne. Bien entendu, les deux roues libres 34 et 36 sont disposées d'une manière telle que la couronne et le planétaire ne puissent tourner que dans le même sens et préférentiellement dans le même sens que celui de l'arbre de moteur 12. Ce train épicycloïdal de moteur 26 comprend en outre un porte-satellites 66 comprenant préférentiellement trois satellites à denture extérieure 68 placés avantageusement dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 120°) et engrenant avec la couronne et le planétaire. Ce porte-satellites comprend une paroi verticale 70 à partir de laquelle sont issus des axes 72 portant les satellites 68 et un palier tubulaire 74, dit palier de porte-satellites, entourant l'arbre de planétaire 46 en étant libre en rotation mais fixe en translation sur celui-ci. Les extrémités libres des arbres du planétaire 46 et de la couronne 60 qui sont à l'opposé des extrémités 48 et 59 portent chacune un accouplement à commande contrôlée 30 et 32, de préférence un embrayage à friction. Ainsi l'embrayage 30, dit embrayage de planétaire, comprend un disque de friction 76, porté de manière fixe en rotation mais libre en translation axiale sur l'arbre de planétaire 46, un plateau de réaction 78, monté fixement en translation et en rotation sur l'arbre de moteur 12, un plateau de pression 80, mobile en translation par rapport à ce plateau de réaction tout en étant fixe en rotation avec celui-ci, et un actionneur de débrayage 82 pour agir sur le plateau de pression, ici sous la forme d'un levier basculant sur un point fixe du groupe motopropulseur et de tiges d'appui soumis à des ressorts de rappel. . L'autre embrayage 32, dénommé embrayage de couronne, comprend un disque de friction 84, coaxial au disque de friction 76, qui est porté de manière fixe en rotation et libre en translation axiale par une paroi horizontale 86 issu du plateau de réaction 78 de l'embrayage 30. Le disque de friction 84 de l'embrayage de couronne est à même d'être serré entre un plateau de réaction 88, monté fixement en translation et en rotation sur l'extrémité libre de l'arbre de couronne 60, et un plateau de pression 90 mobile en translation axial sous l'action d'un autre actionneur de débrayage 92, ici également sous la forme d'un levier basculant et de tiges d'appui soumis à des ressorts de rappel. La paroi verticale 70 du porte-satellites 66 du train épicycloïdal de moteur 26 porte, sur sa périphérie externe et au-delà des axes de satellites 72, un bandeau horizontal 94 denté intérieurement et extérieurement. Ce bandeau fait partie de la couronne 96 du train épicycloïdal de machine électrique 28. Ainsi la paroi 70 est un élément commun au porte-satellites 66 du train épicycloïdal de moteur et à la couronne 96 du train épicycloïdal de machine 28. Ce train épicycloïdal 28, qui est placé coaxialement au train épicycloïdal de moteur 26 en entourant l'arbre de planétaire 46, comprend un porte-satellites 98, ici avec trois satellites 100 en forme de roue à denture extérieure portés par des axes de satellites 102 et placés dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 1200). Ces satellites engrènent avec la denture intérieure du bandeau 94 de la couronne 96. Ces satellites engrènent aussi avec un planétaire 104 qui comprend un bandeau 106 denté extérieurement et porté par un flasque 108. Ce flasque est monté fixement sur une extrémité d'un arbre tubulaire 110, dit arbre de planétaire additionnel, qui vient entourer, librement en rotation mais fixement en translation, l'arbre de planétaire 46 du train épicycloïdal de moteur 26. L'extrémité libre de l'arbre tubulaire 110 porte fixement une roue à denture extérieure 112 qui coopère avec une autre roue dentée extérieurement 114, dite roue de rotor, portée fixement par le rotor 18 de la machine électrique 16. Les axes de satellites 102 sont portés par un plateau 116 faisant partie du porte-satellites et comportant un palier tubulaire 118 entourant librement en rotation mais fixement en translation l'arbre tubulaire de planétaire 110. Ce palier 118 porte fixement une roue dentée 120 qui coopère avec une roue dentée 122 liée au pont différentiel 24 associé à l'essieu moteur 20. Le train épicycloïdal 28 porte également un accouplement à commande contrôlée 124 permettant de relier sa couronne 96, soit au plateau 116 du porte-satellites 98, soit à une partie fixe du groupe motopropulseur. De manière avantageuse, cet accouplement comprend un actionneur à griffes 126 avec deux positions d'engrènement 1, 2 et une position neutre N. Cet actionneur est porté fixement en rotation par la surface extérieure du bandeau 94 de la couronne 96 tout en étant mobile en translation axiale sur celle-ci. Cet actionneur est prévu pour coopérer, soit avec une surface d'accouplement fixe 128 portée par une partie fixe du groupe motopropulseur, soit avec une autre surface d'accouplement 130 portée par l'extrémité périphérique du plateau 116 au-delà des axes de satellites 102. Pour cela, l'actionneur est soumis à un moyen de commande 132 lui permettant de réaliser l'accouplement avec la partie fixe 128 du groupe motopropulseur (position 1), avec le plateau 116 (position 2) ou d'être en position neutre (position N) sans être en liaison avec aucune des deux surfaces d'accouplement. La voie de transmission de mouvement de rotation 38 de ce dispositif de variation de vitesse comprend un arbre de transmission de mouvement de rotation 134 sensiblement parallèle à l'arbre de moteur 12 ainsi qu'aux arbres de couronne 60 et de planétaire 46. . Cet arbre se compose de deux parties 136 et 138 (ou demi-arbres) reliées entre elles par un accouplement unidirectionnel 140, ici sous la forme d'une roue libre. Chaque demi-arbre 136, 138 est porté par un palier 142, respectivement 144, issu d'une partie fixe du groupe motopropulseur et la roue Iibre140 est située entre ces deux paliers. Cet arbre porte des moyens de liaison en rotation avec l'arbre 12 et la couronne 96 du train 28. Ainsi, le demi-arbre 136 porte sur son extrémité dirigée vers le moteur 10 une roue dentée 146 qui coopère avec une roue dentée 148 portée par l'arbre de moteur 12 et qui est située entre ce moteur et l'embrayage 30 en formant ainsi un engrenage assurant les moyens de liaison en rotation avec l'arbre 12. L'autre demi-arbre 138 porte également une roue dentée 150 qui coopère à engrènement avec la denture extérieure du bandeau 94 de la couronne 96 du train épicycloïdal de machine 28 en constituant également des moyens de liaison en rotation avec cette couronne. Bien entendu, il peut être envisagé d'utiliser tous autres systèmes pour assurer la liaison à rotation comme des courroies crantées, des chaines, ... 25 Comme cela est mieux visible sur la figure, l'extrémité libre de l'un deux demi-arbres porte une cage 152 dans laquelle est placée la roue libre alors que l'extrémité libre de l'autre de ces demi-arbres prend appui sur le diamètre intérieur de cette roue libre. 30 Ceci permet d'obtenir une rotation simultanée des deux demi-arbres que dans un seul sens de rotation. Les différentes configurations de fonctionnement de l'ensemble du groupe motopropulseur vont être maintenant décrites ci-après. Pour ce qui concerne l'entraînement du véhicule dans le mode de fonctionnement électrique où seule la machine électrique 16 est utilisée, notamment en tant que machine motrice du véhicule, les deux embrayages 28 et 30 sont inactifs, l'actionneur 126 est en position neutre (N) en n'étant en prise avec aucune des deux surfaces d'accouplement 128 ou 130. Dés que la machine électrique 22 est alimentée électriquement, son rotor 10 24 est entraîné en rotation et cette machine fonctionne en tant que moteur électrique. Après la mise en rotation du rotor, l'actionneur 126 est commandé dans l'une des positions 1 ou 2 pour assurer l'entraînement en rotation de l'essieu 20 du véhicule. 15 Ainsi, dans la position 1, l'actionneur est en prise avec la surface d'accouplement 128 de la partie fixe en immobilisant en rotation la couronne 94 du train épicycloïdal de machine 96. Le mouvement de rotation de la roue de rotor 114 est transmis à la roue dentée 112 puis au planétaire 104 par l'arbre de planétaire 110. Cette rotation 20 du planétaire est ensuite transmise aux satellites 100 qui, compte tenu de l'immobilisation en rotation de la couronne 94, engrènent sur celle-ci en entraînant le porte-satellites 98 en rotation. Ce mouvement de rotation est ensuite transmis à la roue dentée 120 par le palier tubulaire 118. La rotation de cette roue dentée 120, qui coopère par engrènement avec la roue dentée 122, 25 est alors transmise à l'essieu 20 pour entraîner les roues 22 du véhicule. Le véhicule est entraîné en déplacement par une traction/propulsion uniquement électrique sur un rapport de vitesse court et cela aussi bien en marche avant qu'en marche arrière. Dans le cas où l'actionneur à griffes 126 est en prise avec la surface d'accouplement 130 du plateau 116 (position 2), la couronne 94 est liée en 30 rotation avec ce dernier. Sous l'impulsion du mouvement de rotation des roues dentées 114 et 112, le planétaire 104 est mis en rotation. Cette rotation est transmise aux satellites 100 qui eux-mêmes la transmette à la couronne 94. De par la liaison avec le plateau 116, la rotation de cette couronne est retransmise à la roue dentée 120 qui coopère avec la roue dentée 122 du pont 24 en permettant ainsi d'entraîner en rotation les roues du véhicule. Dans cette configuration, l'arbre de planétaire 110, le palier 118 du plateau 116 et le palier 66 de porte-satellites 58 lié à la couronne 94 tournent au même régime. La rotation de la couronne 96 est transmise au demi-arbre 138 par engrènement avec la roue dentée 150 mais, de par la présence de la roue libre 140, cette rotation n'est pas retransmise au demi-arbre 134. Par cela, le véhicule est entraîné en déplacement par traction/propulsion 15 électrique sur un rapport de vitesse long avec possibilité de récupération d'énergie lors des décélérations du véhicule en marche avant. Pour le démarrage du moteur thermique, les embrayages 30 et 32 sont en position active, l'accouplement 124 est en position neutre N et la machine 16 20 est alimentée par les batteries, ce qui a pour effet d'entraîner en rotation le rotor 18. Cette rotation du rotor entraîne le planétaire 104 par l'intermédiaire des roues dentées 114 et 112, et la couronne 94 est entraînée en rotation par l'intermédiaire des satellites 100. Les deux embrayages 30 et 32 étant fermés, la couronne 96 entraîne l'ensemble des éléments du train épicycloïdal de 25 moteur 26 par l'intermédiaire du porte-satellites 66. De ce fait, ce train 26 entraîne en rotation l'arbre 12 du moteur 10 en permettant ainsi d'assurer le démarrage du moteur thermique. Bien entendu, dès que le démarrage du moteur thermique est obtenu, l'un 30 et/ou l'autre des actionneurs de débrayages 82 et/ou 92 peut être commandé de façon à désaccoupler l'arbre 12 de moteur de la machine 22 en rendant inactif l'embrayage 30 et/ou 32. Les autres configurations vont être décrites maintenant pour illustrer la traction/propulsion du véhicule par le moteur thermique 10 selon différents rapports de vitesse, ici 4 rapports différents, ainsi que les différentes possibilités d'utiliser la machine électrique 22 en tant que génératrice électrique. Dans ces configurations, l'actionneur 126 est, soit dans la position neutre N, soit dans la position 2 et les embrayages 30 et 32 sont soit tous deux en position active, soit l'un ou l'autre en position active. Dans la configuration où les deux embrayages 30 et 32 sont en position active, la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation l'arbre 60 avec la couronne 54, l'arbre 46 avec le planétaire 40 et en conséquence le porte-satellites 66. Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers de la paroi 70 à la couronne 96 du train épicycloïdal de machine 28. Ainsi, lorsque l'actionneur à griffes 126 est en position 2, l'arbre de planétaire 110, le palier 118 du plateau 116 et le palier 74 de porte-satellites 66 20 lié à la couronne 94 tournent au même régime. Le porte-satellites 98 de ce train épicycloïdal de machine entraîne alors l'essieu 20 par l'intermédiaire des roues 120 et 122, alors que le planétaire 104 entraîne la machine électrique 22 en rotation par l'intermédiaire des roues 112 et 114. 25 Dans ce mode de traction thermique, la machine électrique 16 peut être utilisée, soit en fonctionnement moteur avec les puissances de la machine électrique et du moteur thermique combinées pour être transmise à l'essieu 20, soit en fonctionnement générateur pour alimenter les batteries ou tous accessoires électrique du véhicule. 30 Lorsque l'actionneur à griffes 126 est en position neutre N, le couple transmis par l'arbre 12 du moteur thermique à la couronne 94 est transféré au porte-satellites 98 par l'intermédiaire des satellites 100 en utilisant la réaction du planétaire 104. Le porte-satellites 98 entraîne alors l'essieu 20 par l'intermédiaire des roues 120 et 122, alors que le planétaire 104 entraîne la machine électrique 22 en rotation par l'intermédiaire des roues 112 et 114. A partir de cela, l'un ou l'autre des embrayages peut être placé en position inactive pour obtenir d'autres rapports de vitesse. Pour la position inactive de l'embrayage 30 et active de l'embrayage 32, la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation l'arbre 60 avec la couronne 54 qui entraîne en rotation les satellites 68 puis le porte-satellites 66. Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers de la paroi 70 à la couronne 96 du train épicycloïdal de machine 28. Ainsi, lorsque l'actionneur à griffes 126 est en position 2, le mouvement de rotation de la couronne 94 est transmis au plateau 116 puis par à la roue dentée 120 par le palier 118. Cette roue entraîne par la suite l'essieu 20 par l'intermédiaire de la roue 122, alors que le planétaire 104 entraîne la machine électrique 22 en rotation par l'intermédiaire des roues 112 et 114. Lorsque l'actionneur à griffes 126 est en position neutre N, la rotation de la couronne 94 est transféré au porte-satellites 98 par l'intermédiaire des satellites 100 en utilisant la réaction du planétaire 104. Le porte-satellites 98 entraîne alors l'essieu 20 par l'intermédiaire des roues 120 et 122, alors que le planétaire 104 entraîne la machine électrique 22 en rotation par l'intermédiaire des roues 112 et 114 Pour la position inactive de l'embrayage 32 et active de l'embrayage 30, la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation l'arbre de planétaire 46 avec le planétaire 40. La rotation du planétaire entraîne en rotation les satellites 68 puis le porte-satellites 66. Cette rotation du porte- satellites est ensuite transmise au travers de la paroi 70 à la couronne 96 du train épicycloïdal de machine 28. A partir de cette configuration, on retrouve le même cheminement de la transmission de mouvement que celui décrit en relation avec la position inactive de l'embrayage 30 pour les positions N ou 2 de l'actionneur à griffes 126. Pour obtenir un autre rapport de vitesse réalisé en dehors des trains épicycloïdaux 26 et 28, celui-ci se réalise au travers de la voie de transmission 38 avec les embrayages 30 et 32 en position inactive et l'accouplement 124 en position N ou 2. Le mouvement de rotation de l'arbre 12 du moteur 10 est transmis au demi-arbre 136 par l'engrenage formé par les roues dentées 148 et 146. Ce mouvement de rotation de ce demi-arbre est ensuite transféré sur l'autre demi-arbre 138 au travers de la roue libre 140 qui est alors active de manière à entraîner dans le même sens de rotation l'autre demi-arbre 138. La rotation de ce demi-arbre est transmise à la couronne 96 par la roue dentée 150. Comme précédemment décrit, on retrouve, à partir de cette configuration, le même cheminement de la transmission de mouvement de la couronne 96 vers la roue dentée 112 pour les positions N ou 2 de l'actionneur à griffes 126. Ceci permet ainsi de réaliser un autre rapport de vitesse sans utiliser le train épicycloïdal de moteur 26 et en dérivation de celui-ci, tout en se servant du train épicyclo'idal de machine 26. REVENDICATIONS1) Groupe motopropulseur de véhicule automobile de type hybride comportant une machine électrique (16), un moteur thermique (10) avec un arbre de moteur(12), un dispositif de variation de vitesse (14) comprenant deux trains épicycloïdaux coaxiaux (26, 28), chacun avec une couronne (54, 96), un planétaire (40, 104) et des satellites (68, 100) portés par un porte-satellites (66, 98), et deux embrayages (30, 32), caractérisé en ce qu'il comprend une voie de transmission de mouvement de rotation (38) parallèle à l'arbre de moteur (12) pour la liaison entre ledit arbre et la couronne (96) de l'un (28) des trains épicycloïdaux. 2) Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce ladite voie comprend un arbre de transmission (134) portant des moyens de liaison en rotation (146, 148 ; 150) avec l'arbre (12) et la couronne (96). 3) Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de transmission (134) comprend deux demi-arbres (134, 138) reliés entre eux par un accouplement unidirectionnel (140). 4) Groupe motopropulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accouplement unidirectionnel comprend une roue libre (140). 5) Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que 25 les moyens de liaison avec l'arbre (12) comprennent un engrenage (146, 148) (26). 6) Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison avec la couronne (96) comprennent une roue 30 dentée(150) coopérant avec une denture extérieure portée par le bandeau (94) de ladite couronne.20 7) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'arbre de transmission (134) est supporté par des paliers (142, 144) portés par une partie fixe (52) dudit groupe.5