Brevet FR2977838A1 — publié le 20130118

La présente invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour véhicule automobile de type hybride. Ce type de véhicule comporte un groupe motopropulseur qui utilise un moteur thermique à combustion interne avec un dispositif de variation de vitesse et/ou une machine électrique rotative reliée à une source électrique, telle qu'un ou plusieurs accumulateurs électriques. Une telle utilisation a pour avantage d'optimiser les performances de ce 10 véhicule, à réduire les émissions de polluants dans l'atmosphère et à diminuer la consommation en carburant du groupe motopropulseur dans sa globalité. Ainsi et comme cela est généralement connu, lorsque l'on souhaite déplacer le véhicule avec un couple important sur une grande plage de vitesses 15 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 pour déplacer ce véhicule lors d'utilisations où une puissance d'entraînement élevée et une grande autonomie 20 de fonctionnement sont demandées. Dans l'exemple décrit dans le document FR 2 931 399, un groupe motopropulseur comprend un moteur thermique et une machine électrique avec un rotor relié à la couronne d'un pont différentiel. Ce pont est généralement 25 utilisé pour l'entraînement d'un essieu moteur qui porte les roues de ce véhicule. Cette machine électrique est reliée à la couronne du pont au travers d'un étage de réduction qui permet de délivrer un couple important pour le démarrage de ce véhicule (ou décollage), ainsi que pour de basses vitesses de 30 déplacement de ce véhicule. Ceci nécessite donc d'utiliser une machine électrique de grande capacité et d'encombrement important, ce qui ne peut que grever le coût de revient d'un tel groupe motopropulseur. De plus, lors du déplacement du véhicule par le moteur thermique et dans le cas où la vitesse du véhicule est telle que le régime de la machine électrique peut dépasser son régime maximal, cette machine électrique doit être déconnectée de la couronne. Ceci permet d'éviter que le rotor de cette machine ne subisse un emballement en rotation pouvant entraîner sa détérioration lors du déplacement à grandes vitesses du véhicule. En outre, ce document ne décrit qu'un seul étage de réduction et un choix doit être fait entre les performances du véhicule pour son décollage ou pour ses vitesses élevées, sauf à surdimensionner la machine électrique pour pouvoir réaliser les deux fonctions. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus avec un groupe motopropulseur dont la machine électrique peut être utilisée sur toute la plage de fonctionnement du véhicule et avec une puissance de cette machine électrique moins grande. A cet effet, l'invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile à entraînement hybride comprenant un moteur thermique, une boîte de vitesses reliée au moteur au travers d'un accouplement débrayable, une machine électrique avec un rotor relié à un pont différentiel d'entrainement d'un essieu moteur au travers d'un dispositif de transmission, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend au moins deux voies alternatives de transmission de mouvement entre le rotor de la machine électrique et le pont différentiel. Le dispositif de transmission peut comprendre un arbre moteur relié à la 30 machine électrique par un train d'engrenage et un arbre récepteur relié au pont différentiel. Le dispositif de transmission peut comprendre au moins deux roues dentées fixes portées par l'un des arbres et qui coopèrent chacune avec une roue dentée montée folle sur l'autre des arbres. Les voies de transmission de mouvement peuvent comprendre chacune une roue dentée fixe engrenant avec une roue dentée montée folle. Le dispositif de transmission peut comprendre au moins un accouplement débrayable pour solidariser en rotation l'une ou l'autre des roues dentées folles avec l'arbre qui les portent. Le dispositif transmission de vitesse peut comprendre un accouplement à glissement contrôlé pour solidariser en rotation l'une ou l'autre des roues dentées folles avec l'arbre qui les portent. L'accouplement à glissement contrôlé est un embrayage multidisques dans l'huile. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la 20 lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle est annexée la figure unique qui montre une vue schématique du groupe motopropulseur selon l'invention. Le groupe motopropulseur 10 pour un véhicule à entraînement hybride 25 illustré sur la figure unique comprend un moteur thermique à combustion interne 12, une boîte de vitesses 14 et une machine électrique 16. Le moteur thermique 12 est un moteur de type Essence mais tout autre type de moteur thermique, qu'il soit à injection directe ou indirecte de carburant, peut être utilisé, comme un moteur de type Diesel ou ceux fonctionnant à 30 l'essence, au Gaz Naturel pour Véhicules (GNV),...15 La boîte de vitesses 14, qui est ici à titre d'exemple une boîte de vitesses robotisée, comprend un carter de boîte 18 logeant un arbre primaire 20 et un arbre secondaire 22 disposés sensiblement parallèles l'un à l'autre. L'arbre primaire est relié au vilebrequin 24 du moteur thermique au travers d'un accouplement débrayable 26 dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlées par un actionneur (non représenté), de préférence électromagnétique. L'arbre primaire porte une multiplicité de roues dentées fixes 28 qui engrènent avec des pignons fous 30 portés par l'arbre secondaire. L'arbre secondaire porte également des baladeurs translatifs 32 qui permettent de solidariser les pignons fous avec cet arbre. L'arbre secondaire porte aussi un pignon fixe 34, ici en bout d'arbre, qui coopère avec un pont différentiel 36 et plus particulièrement avec la couronne 38 de ce pont. Un essieu moteur 40 est relié à ce pont différentiel pour entraîner les roues du véhicule (non représentées). La machine électrique 16 comprend un rotor 42 et est reliée électriquement à des accumulateurs électriques ou batteries (non représentés). Cette machine fonctionne en tant que moteur électrique d'entraînement pour le véhicule ou en tant que générateur d'énergie électrique pour assurer la charge des batteries et/ou l'alimentation des différentes parties électriques du véhicule, comme ses accessoires. De façon à pouvoir raccorder cinématiquement la machine électrique à l'essieu moteur 40 ou au moteur thermique 12 ou aux deux à la fois, le rotor 42 de cette machine est relié par un dispositif de transmission 44 à la couronne 38 du pont différentiel 36 sans pour cela nécessiter des modifications importantes tant au niveau de la boîte de vitesse qu'à celui du pont différentiel.30 Ce dispositif de transmission comprend ici deux voies alternatives débrayables de transmission de mouvement de rotation entre le rotor 42 de la machine électrique et le pont différentiel 36. Plus précisément, le dispositif comprend une cascade de roues dentées, ici trois roues dentées 46, 48, 50, partant du rotor 42 de la machine 16 et arrivant à une roue dentée fixe 52 portée par un arbre, dit arbre moteur 54. Les roues dentées 46, 48, 50 et 52 forment ainsi un train d'engrenage moteur. 10 Cet arbre moteur porte également deux roues dentées fixes 56, 58 à distance l'une de l'autre qui coopèrent chacune avec une roue dentée 60, 62 montée folle sur un arbre récepteur 64 sensiblement parallèle à l'arbre moteur. Cet arbre récepteur comprend aussi une roue dentée fixe 66 qui coopère à engrènement avec la couronne 38 du pont différentiel. 15 Ce dispositif de transmission comprend ainsi deux voies alternatives débrayables avec deux étages de réduction (ou deux rapports de vitesses) différents, l'une formée par la roue fixe 56 et la roue folle 60 et l'autre formée par la roue fixe 58 et la roue folle 62. 20 De manière à pouvoir activer l'un ou l'autre (ou aucun) de ces étages de réduction, le dispositif de transmission comprend un accouplement débrayable 68, ici à engagement positif. A titre d'exemple, cet accouplement est un actionneur à griffes 70 coopérant avec des ouvertures 72 prévues sur les voiles 25 des roues dentées 60 et 62. Pour cela, cet actionneur est un baladeur translatif sur l'arbre récepteur 64 mais fixe en rotation sur cet arbre (avec des dispositifs de crabots et de synchros) et qui est commandé en translation par tous moyens connus, tel qu'un vérin électromagnétique 74. Ce baladeur permet ainsi, soit de solidariser l'une ou l'autre des roues folles 60 ou 62 avec cet arbre (position 1 30 ou 2), soit de laisser libre en rotation les deux roues folles (position N). Bien entendu, il est à la portée de l'homme du métier de prévoir les caractéristiques (dimensions, nombre de dents, ...) des différentes roues dentées 46 à 52, 56 et 60, 58 et 62 pour obtenir le rapport de vitesse souhaité entre le rotor 42 et l'arbre récepteur 64. De même, la cascade de roues dentées 46, 48, 50 et 52 peut être remplacée par tout autre élément assurant la transmission de mouvement de rotation entre le rotor 42 et l'arbre moteur 54, comme une courroie crantée. 10 Avantageusement, le dispositif de transmission 44 est logé dans un boîtier fermé 76 qui porte des paliers 78 pour les arbres 54 et 64. Ces paliers permettent ainsi d'éviter d'induire des efforts parasites sur le rotor de la machine électrique. Le boîtier 76 de la transmission 44 est rapporté sur le pont différentiel 36 15 en étant fixé à celui-ci par tous moyens connus, comme par vissage, de telle sorte que la roue dentée 66 de l'arbre récepteur 64 coopère à engrènement avec la couronne 38 au travers d'une ouverture 80 pratiquée dans le carter de ce pont. 20 Ainsi, cette machine électrique avec son dispositif de transmission raccordé au pont différentiel permet de pouvoir réaliser l'entraînement du véhicule sur toute sa plage de fonctionnement grâce aux deux rapports de vitesses. De plus, le dimensionnement du premier rapport permet de décoller le 25 véhicule en mode électrique sur de fortes pentes, telles que celles des parkings souterrains. En outre, la présence d'un dispositif de transmission avec deux rapports améliore le rendement de fonctionnement de la machine électrique. 30 Sans sortir du cadre de l'invention, il peut être envisagé de remplacer l'actionneur à griffes 68 par tout autre moyen équivalent, comme un5 accouplement à glissement contrôlé, tel qu'un embrayage multidisques à bain d'huile. A titre d'exemple non limitatif, cet embrayage contient deux jeux de disques ou lamelles, le premier étant lié au côté "machine électrique", l'autre 5 côté "roues" (ou pont différentiel). Un moyen à ressort maintient cet embrayage fermé en mettant en contact les jeux de disques entre eux de façon à assurer la liaison entre le côté "machine électrique" et le cotés "roues". Pour pouvoir ouvrir cet embrayage, une pression hydraulique est appliquée à l'encontre du moyen à ressort pour 10 pouvoir desserrer les disques. L'avantage de cette variante est de permettre le changement de rapport sous charge, de manière à minimiser la rupture de couple à la roue et ce au bénéfice de l'agrément de conduite. Ce groupe motopropulseur permet ainsi d'entraîner le véhicule en mode 15 thermique par le moteur 12, en mode électrique par la machine 16 au travers de son dispositif de transmission 44, ou en mode assistance électrique (plus connu sous le terme de "Boost Electrique"). Il permet également de faire fonctionner le groupe motopropulseur en mode démarrage électrique, ou en mode récupération d'énergie. 20 Pour le mode thermique d'entrainement du véhicule, le moteur thermique 12 est en fonctionnement, l'accouplement débrayable 26 est fermé en assurant la liaison entre le vilebrequin 24 et la boîte de vitesse 14. Le véhicule se déplace donc sous l'impulsion de l'essieu moteur 40 via le pont différentiel 36 et 25 selon le rapport de vitesse enclenché de la boîte de vitesse. Le rotor 42 de la machine électrique 16 peut être entrainé en rotation par l'intermédiaire de la couronne 38 et du dispositif de transmission 44 en fonction de la position d'enclenchement de l'actionneur 68 (position 1 ou 2). Par cela, la machine électrique est utilisée en tant que génératrice 30 électrique pour alimenter les différentes parties électriques du véhicule et/ou pour assurer la recharge des batteries auxquelles elle est reliée. Dans le mode d'entraînement électrique, le moteur thermique 12 ne fonctionne pas, l'accouplement débrayable 26 est en position ouverte et la machine électrique 16 est alimentée électriquement en devenant ainsi un moteur électrique d'entraînement pour le véhicule. Le couple de ce moteur électrique est ainsi transmis aux roues dentées 46, 48, 50 et 52 pour aboutir à l'arbre moteur 54. En fonction de la position d'enclenchement de l'actionneur à griffes 68, il est possible d'obtenir deux régimes de vitesses différents sur la couronne 38 et par conséquent à l'essieu moteur 40 en combinant la vitesse de rotation du rotor 42 avec l'un ou l'autre des rapports du dispositif de transmission 44. Dans la position 1 de cet actionneur, il est obtenu un premier étage de réduction sur l'arbre récepteur par l'engrènement de la roue dentée fixe 56 de l'arbre moteur 54 avec la roue dentée 60 rendue solidaire en rotation avec l'arbre 64 par l'actionneur 68. Ce rapport de vitesse entre le moteur électrique et l'arbre récepteur est ensuite transmis par la roue dentée fixe 66 de l'arbre récepteur à la couronne 38 du pont différentiel. Dans la position alternative 2 de l'actionneur 68, un deuxième étage de réduction est réalisé par engrènement de la roue dentée fixe 58 avec la roue dentée 62 solidarisée à l'arbre récepteur par cet actionneur. De même, cet autre rapport de vitesse entre le moteur électrique et l'arbre récepteur est transmis par la roue dentée fixe 66 de l'arbre récepteur au pont différentiel 36. Dans la position N de l'actionneur 68, le rotor 42 ne transmet pas de 25 couple aux roues et n'est pas entraîné en rotation. Ce mode est avantageusement engagé lorsque seul le moteur thermique 12 est utilisé. Bien entendu, toutes les autres configurations d'utilisation de la machine électrique sont possibles comme décrits ci-après à titre d'exemple. 30 Pour le mode assistance électrique ("Boost Electrique"), le moteur thermique 12 fonctionne, l'accouplement débrayable 26 est en position de fermeture et la machine électrique 16 est alimentée pour agir en tant que moteur électrique. Le moteur électrique apporte ainsi un couple supplémentaire à celui du moteur thermique, couple dont la valeur dépendra du rapport de réduction (position 1 ou 2 de l'actionneur). Pour assurer le démarrage électrique du moteur thermique lorsque le véhicule est en déplacement sous l'effet de la machine électrique, l'accouplement débrayable 26 est en position de fermeture, un rapport de vitesse de la boîte est enclenché et un étage de réduction du dispositif de transmission est actif. Le moteur électrique fournit ainsi le couple nécessaire au démarrage du moteur thermique 12 au travers du dispositif de transmission 44, du pont 36 et de la boîte de vitesses 14. Ceci permet de passer du mode électrique au mode thermique sans à-coups pendant le déplacement du véhicule, ce qui améliore le confort de conduite. Dans les phases de décélération ou de freinage du véhicule, la machine électrique 16 permet de récupérer une grande partie de l'énergie dégagée lors de ces phases. Le couple de décélération ou de freinage sur les roues du véhicule est 20 transmis au pont 36 puis au rotor 42 de cette machine par le dispositif de transmission 44 où l'un des étages de réduction est opérationnel. La machine électrique est donc transformée en génératrice électrique qui permet de recharger les accumulateurs électriques et/ou d'alimenter les différentes parties électriques du véhicule dans toutes les phases de 25 décélération du véhicule. REVENDICATIONS, 1) Groupe motopropulseur de véhicule automobile à entraînement hybride comprenant un moteur thermique (12), une boîte de vitesses (14) reliée au moteur au travers d'un accouplement débrayable (26), une machine électrique (16) avec un rotor (42) relié à un pont différentiel (36) d'entrainement d'un essieu moteur (40) au travers d'un dispositif de transmission (44), caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend au moins deux voies alternatives de transmission de mouvement (56, 60 ; 58, 62) entre le rotor (42) de la machine électrique (16) et le pont différentiel (36). 2) Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend un arbre moteur (54) relié à la machine électrique (16) par un train d'engrenage (46, 48, 50, 52) et un arbre récepteur (64) relié au pont différentiel (36). 3) Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend au moins deux roues dentées fixes (56, 58) portées par l'un (54) des arbres et qui coopèrent chacune avec une roue dentée (60, 62) montée folle sur l'autre (64) des arbres. 4) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les voies de transmission de mouvement comprennent chacune une roue dentée fixe (56, 58) engrenant avec une roue dentée (60, 62) montée folle. 5) Groupe motopropulseur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de transmission (44) comprend au moins un accouplement débrayable (68) pour solidariser en rotation l'une ou l'autre des roues dentées folles avec l'arbre qui les portent. 5 6) Groupe motopropulseur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif transmission de vitesse comprend un accouplement à glissement contrôlé pour solidariser en rotation l'une ou l'autre des roues dentées folles avec l'arbre qui les portent. 7) Groupe motopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'accouplement à glissement contrôlé est un embrayage multidisques dans l'huile.