Brevet FR2975047A1 — publié le 20121116

La présente invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour véhicule automobile à entraînement 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/ou une machine électrique rotative reliée à une source électrique, telle qu'une ou plusieurs accumulateurs électriques, comme mode d'entraînement en traction/propulsion, 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 pour déplacer ce véhicule lors d'utilisations où une puissance d'entraînement élevée et une grande autonomie de fonctionnement sont demandées. Cet entraînement par le moteur thermique peut être encore augmenté en lui ajoutant la puissance fournie par la machine électrique. Dans l'exemple décrit dans le document FR 2 869 571, ce type de groupe motopropulseur comprend un moteur thermique à combustion interne, une machine électrique reliée électriquement à des accumulateurs électriques et un dispositif de variation de vitesse. Le dispositif de variation de vitesse (ou boîte de vitesse) comprend un arbre primaire moteur placé sensiblement parallèlement à un arbre secondaire récepteur qui contrôle les roues motrices de ce véhicule via un pont différentiel et un essieu moteur. L'arbre primaire est constitué d'un arbre menant pouvant être entraîné en rotation par le moteur thermique au travers d'un accouplement débrayable. Cet arbre porte, d'une part, des pignons dentés montés libre en rotation (ou pignons fous) ainsi que des baladeurs à débattement alternatif qui permettent de rendre solidaire en rotation ces pignons fous avec l'arbre primaire et, d'autre part, une roue dentée fixe pour coopérer avec le rotor de la machine électrique au travers d'une voie de transmission de mouvement, comme une chaîne. L'arbre secondaire porte des pignons fixes qui engrènent avec les pignons fous et un élément denté pour assurer la transmission du mouvement de rotation de cet arbre au pont différentiel. Ainsi en fonctionnement, le véhicule est entrainé en déplacement à différentes vitesses, soit par le moteur électrique, soit par le moteur thermique ou par les deux. Ceci se réalise en agissant sur les différents accouplements (accouplement débrayable et/ou baladeurs) pour solidariser l'arbre primaire avec le moteur thermique et/ou cet arbre avec l'arbre secondaire au travers des pignons. Ce groupe motopropulseur bien que donnant satisfaction présente 20 néanmoins des inconvénients non négligeables. En effet, il est nécessaire de développer une boîte de vitesse spécifique pour relier la machine électrique à l'arbre primaire de cette boîte. Ce développement consiste essentiellement à transformer l'arbre primaire pour y 25 adjoindre la roue dentée fixe pour cette machine électrique en décalant les positions des pignons fous. Cette adjonction entraîne une augmentation de la dimension axiale de l'arbre primaire ainsi qu'une modification de l'arbre secondaire pour que les roues fixes puissent engrener avec les pignons fous. Ceci a pour effet d'augmenter l'encombrement axial de la boîte de vitesse, 30 augmentation de l'encombrement qui est généralement incompatible avec l'espace disponible dans le compartiment moteur du véhicule. De plus, cela entraîne une complexification de l'élaboration de cette boîte de vitesse ainsi qu'une augmentation de son coût. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci- dessus avec un groupe motopropulseur dont la mise en place de la machine électrique dans le groupe motopropulseur ne requiert que des modifications mineures de la boite de vitesse tout en permettant de garder son encombrement. Il est ainsi possible de facilement transformer un véhicule automobile avec entraînement par moteur thermique en un véhicule de type hybride en disposant facilement sur le groupe motopropulseur une machine électrique et son équipement (circuit d'alimentation et de commande). A cet effet, l'invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile à entraînement hybride comprenant un moteur thermique, une machine électrique avec un rotor et une boîte de vitesse reliée au moteur au travers d'un accouplement débrayable, ladite boîte de vitesse comprenant un arbre primaire portant des roues dentées fixes engrenant avec des pignons dentés fous portés par un arbre secondaire de boîte, caractérisé en ce qu'il comprend une voie de transmission de mouvement entre le rotor de la machine électrique et l'une des roues fixes de l'arbre primaire. La voie de transmission peut comprendre un réducteur de vitesse entre le rotor de la machine électrique et la roue fixe. Le réducteur peut comprendre au moins deux étages de réduction reliant le rotor à la roue fixe. Les étages peuvent être disposés en parallèle l'un avec l'autre en étant 30 relié l'un à l'autre par un renvoi de transmission.25 De manière avantageuse, au moins un des étages de réduction comprend un engrenage. Préférentiellement, au moins un desdits engrenages est logé dans un boîtier. L'engrenage peut comprendre au moins deux roues dentées disposées en cascade. Le carter de la boîte de vitesse peut porter une ouverture pour la liaison avec le réducteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le carter de la boîte de vitesse peut comporter un carter additionnel logeant un rapport de boîte et le carter additionnel peut porter une ouverture pour la liaison avec le réducteur. Le réducteur peut comprendre un accouplement débrayable entre les deux étages de réduction De manière préférentielle, l'accouplement peut être placé sur le renvoi de transmission. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui montre une vue schématique du groupe motopropulseur selon l'invention et - la figure 2 qui est une variante du groupe motopropulseur de la figure 1. Sur le schéma de la figure 1, le groupe motopropulseur 10 pour véhicule à entraînement hybride comprend un moteur thermique à combustion interne 12, une machine électrique 14 et une boîte de vitesse 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 l'essence, au Gaz Naturel pour Véhicules (GNV),... Ce moteur comprend généralement au moins un cylindre 18 à l'intérieur duquel coulisse en un mouvement alternatif un piston relié par une bielle (non représentés) à un vilebrequin 20. 10 La machine électrique 14 comprend un rotor 22 et est reliée électriquement à des accumulateurs électriques (non représentés). Cette machine fonctionne 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 accumulateurs. 15 La boîte de vitesse, qui est ici à titre d'exemple une boîte de vitesse robotisée, comprend un carter de boîte 24 logeant un arbre primaire 26 et un arbre secondaire 28 disposés sensiblement parallèle l'un à l'autre. L'arbre primaire est relié au vilebrequin 20 du moteur thermique au travers d'un 20 accouplement débrayable 30 dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlées par un actionneur, de préférence électromagnétique. L'arbre primaire porte une multiplicité de roues dentées fixes 32 à 40 qui engrènent avec des pignons fous 42 à 50 portés par l'arbre secondaire. L'arbre secondaire porte également des baladeurs translatifs 52 (avec des dispositifs de crabots et de synchros) qui 25 permettent de solidariser les pignons fous avec cet arbre. Enfin l'arbre secondaire porte un pignon fixe 54 disposé au plus prés du moteur 12 et dont le rôle sera explicité dans la suite de la description. Ainsi la roue 32 et le pignon 42 forment le rapport de première de la boîte de vitesse, la roue 34 et le pignon 44 celui du rapport de deuxième, la roue 36 30 et le pignon 46 celui de troisième, la roue 38 et le pignon 48 le rapport de quatrième alors que la roue 40 et le pignon 50 forment celui du rapport de cinquième.5 Avantageusement et comme illustré sur la figure 1 avec une boîte de vitesse avec rapport déporté de cinquième, la roue fixe 40 et le pignon fou 50, formant ce rapport de cinquième, sont situés en dehors du carter de boîte 24. Plus précisément, ils sont portés par les extrémités libres des arbres primaire et secondaire qui sont à l'opposé du moteur thermique et sont logés dans un carter additionnel 56 rapporté et fixé sur le carter de boîte. Le pignon fixe 54 de l'arbre secondaire 28 coopère avec un pont différentiel 58 et plus particulièrement avec la couronne 60 de ce pont. Un essieu moteur 62 est relié à ce pont différentiel pour entraîner les roues du véhicule (non représentées). Le groupe motopropulseur est logé dans le compartiment moteur 64 du véhicule dans une direction transversal par rapport au sens de circulation de ce véhicule (flèche S) et à proximité de la face avant 66 de ce compartiment. Dans cette configuration et en se référant à la figure 1, le moteur thermique est situé à droite du compartiment 64 avec son circuit d'échappement en regard de la face avant, la boîte de vitesse est placée à gauche dans le prolongement du moteur thermique et l'accouplement débrayable est situé entre les deux. Compte tenu du manque de place disponible entre la face avant 66 et le moteur et/ou la boîte de vitesse, la machine électrique 14 est placée en arrière de l'ensemble moteur/boîte de vitesse. Plus particulièrement, cette machine est placée sur un support 68 à proximité du moteur thermique avantageusement en lieu et place du démarreur que comporte habituellement tout moteur ou est portée par le carter de l'accouplement débrayable 30. Cette machine est placée sur ce support d'une manière telle que son rotor 22 soit sensiblement parallèle aux arbres primaire et secondaire de la boîte de 30 vitesse. De façon à pouvoir raccorder cinématiquement la machine électrique à l'essieu moteur 62 ou au moteur thermique 12 ou aux deux à la fois, le rotor 22 de cette machine est relié par une voie de transmission de mouvement et de vitesse 70 à l'une des roues fixes de l'arbre primaire, ici à titre d'exemple la roue 40 du rapport de cinquième. Cette voie comporte, à titre d'exemple illustré sur la figure 1, un engrenage 72 partant de la machine électrique et un autre engrenage 74 partant de la roue fixe 40, sensiblement parallèle l'un par rapport à l'autre et reliés l'un à l'autre par un arbre de renvoi de transmission 76 sensiblement parallèle à l'arbre primaire. Cette voie forme ainsi un réducteur à deux étages de réduction entre la machine électrique et l'arbre primaire 26 de la boîte de vitesse, le premier étage comprenant l'engrenage 72 et le deuxième étage étant formé par l'engrenage 74. L'engrenage 72 comprend une cascade de roues dentées partant de la machine électrique 14 et aboutissant à l'arbre de renvoi de transmission 76. Cet engrenage comprend une roue dentée fixe 78 montée sur le rotor 22, une autre roue dentée fixe 80 montée sur l'arbre de renvoi 76 et au moins une roue dentée intermédiaire libre en rotation, ici deux roues 82 et 84, montées entre les deux roues dentées fixes. L'autre engrenage 74 comprend également une cascade de roues dentées qui part de la roue fixe 40 du rapport de cinquième et qui aboutit à l'arbre de renvoi 76. Cet engrenage 74 comprend une roue dentée fixe 86 montée sur l'arbre 25 de renvoi 76 et au moins une roue dentée intermédiaire libre en rotation, ici une seule 88, montée entre les deux roues dentées fixes 40 et 86. De manière à assurer l'engrènement entre la roue intermédiaire 88 et la roue denté fixe 40, le carter additionnel 56 comporte une ouverture 90 au travers de laquelle se réalise cet engrènement. 30 Bien entendu et cela sans sortir du cadre de l'invention, dans l'éventualité où le rapport de cinquième est situé à l'intérieur du carter 24 de la boîte de vitesse 16, cette ouverture sera réalisée dans ce carter en regard du pignon fixe 40. Par cela aucune modification importante n'est réalisée au niveau de la boîte de vitesse pour assurer la liaison entre le réducteur 70 et cette boîte de vitesse. Il est à la portée de l'homme du métier de prévoir les caractéristiques (dimensions, nombre de dents, ...) des différentes roues dentées des engrenages 72 et 74 pour obtenir le rapport de vitesse souhaité entre le rotor 22 et la roue dentée 88 qui engrènent avec la roue fixe 40 de l'arbre primaire. Les roues dentées intermédiaires peuvent être remplacées par tous autres éléments assurant la transmission de mouvement de rotation entre le rotor et l'arbre de renvoi, comme des courroies crantées. Avantageusement, chaque engrenage 72 et 74 est entouré d'un boîtier fermé 92 et 94 qui porte des paliers 96 pour les axes de rotation des roues intermédiaires et de l'arbre de renvoi 76. Ces paliers permettent ainsi d'éviter d'induire des efforts parasites sur le rotor de la machine électriques et/ou sur l'arbre primaire de boîte. Le boîtier 92 de l'engrenage 72 est rapporté sur le carter de boîte de vitesse en étant fixé à celui-ci par tous moyens connus, comme par vissage, alors que le boîtier 94de l'engrenage 74 est monté en regard de l'ouverture 90 du carter additionnel 56 en étant fixé à celui-ci également par tous moyens connus. Ainsi, la mise en place d'une machine électrique pour réaliser un entraînement hybride du véhicule ne nécessite pas un développement particulier du carter de boîte de vitesse et aucun pignon spécifique ne doit venir s'ajouter sur l'arbre primaire de la boîte de vitesse. Ceci se réalise de manière simple à partir d'un groupe motopropulseur conventionnel avec un moteur thermique raccordé à une boîte de vitesse au travers d'un embrayage. Il suffit de réaliser l'ouverture 90 dans le carter additionnel, de rapporter sur ce groupe la machine électrique et son réducteur 70 tout en faisant correspondre la roue dentée fixe 40 de l'arbre primaire avec la roue dentée intermédiaire 88 de l'engrenage 74, de fixer cet ensemble sur le groupe puis de relier électriquement la machine électrique à ses organes de commandes ainsi qu'à son alimentation électrique. II est à noter que dans cette configuration, la machine électrique est placée dans une zone tempérée du compartiment moteur puisque le circuit des gaz d'échappement se trouve situé entre la face avant 66 et le moteur 12. Ce groupe motopropulseur permet ainsi d'entraîner le véhicule en mode thermique, en mode électrique, ou en mode assistance électrique (plus connu sous le terme de "Boost"). Il permet également de faire fonctionner le groupe motopropulseur en mode démarrage électrique, en mode récupération d'énergie, ou en mode marche arrière. Pour le mode thermique d'entrainement du véhicule, le moteur thermique 12 est en fonctionnement, l'accouplement débrayable 30 est fermé en assurant la liaison entre le vilebrequin 20 et l'arbre primaire 26 de boîte. Le véhicule se déplace donc sous l'impulsion de l'essieu moteur 62 et selon le rapport de vitesse enclenché de la boîte de vitesse. Le rotor 22 de la machine électrique 16 est entrainé en rotation par l'intermédiaire de l'arbre primaire, des engrenages 72 et 74 et de l'arbre de renvoi 76. Cette machine électrique est passive et ne fournit aucun couple à l'essieu moteur. Avantageusement, il peut être tiré profit de la rotation de ce rotor pour utiliser la machine électrique en tant que génératrice électrique pour alimenter les différentes parties électriques du véhicule et/ou pour assurer la recharge des accumulateurs électriques auxquelles elle est reliée. Dans le mode électrique, le moteur thermique est arrêté, l'accouplement débrayable 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 transmis aux roues dentées 78, 82, 84, 80 du premier étage 72 du réducteur puis, au travers de l'arbre de renvoi 76, aux roues 86, 88 du deuxième étage de réduction jusqu'au pignon fixe 40 du rapport de cinquième. Dans ce mode, le véhicule est entraîné à différentes vitesses en combinant la vitesse de rotation du rotor avec l'un des rapports de vitesse de la boîte 16. 10 Pour le mode assistance électrique ("Boost"), le moteur thermique 12 fonctionne, l'accouplement débrayable 30 est en position de fermeture et la machine électrique 16 est alimentée pour agir en tant que moteur électrique. Dans ce mode, le moteur électrique apporte un couple supplémentaire au moteur thermique et plus particulièrement dans les phases où des couples 15 importants sont à transmettre à l'essieu moteur. Le moteur électrique fournit donc ce couple supplémentaire à l'arbre primaire de boîte par l'intermédiaire du réducteur à deux étages 70. Cet apport de couple peut ainsi se réaliser sur tous les rapports de boîte en fonction de l'énergie disponible dans les accumulateurs électriques. 20 Pour assurer le démarrage électrique du moteur thermique, la machine électrique est alimentée électriquement pour agir en tant que moteur électrique, l'accouplement débrayable 30 est en position de fermeture et aucun rapport de vitesse de la boite n'est enclenché (point mort). 25 Le moteur électrique fournit donc le couple nécessaire au démarrage du moteur thermique 12 au travers du réducteur 70 à deux étages et de l'arbre primaire 26 de la boîte de vitesse qui est relié au vilebrequin par l'accouplement débrayable. La machine électrique assure donc la fonction du démarreur électrique que comporte habituellement un moteur à combustion interne. 30 Dans les phases de décélération du véhicule ou de freinage, la machine électrique 14 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 transmis à l'arbre primaire 16 de la boîte de vitesse. Ce couple est ensuite transféré de cet arbre primaire au rotor 22 de la machine électrique par le réducteur 70 à deux étages 72, 74. La machine électrique est donc transformée en génératrice électrique qui permet de recharger les accumulateurs électriques dans toutes les phases de 10 décélération du véhicule. L'entraînement du véhicule en marche arrière peut se réaliser directement par la machine électrique. Cette marche arrière électrique se fait par inversion du sens de rotation du 15 rotor 22 de la machine électrique, par la prise d'un rapport de vitesse, préférentiellement sur le rapport de deuxième, et la position ouverte de l'accouplement débrayable 30. Dans cette configuration, le couple de la machine électrique, qui agit en tant que moteur électrique, est transmis à l'arbre primaire 26 de la boîte de 20 vitesse par le réducteur de vitesse 70, puis de cette boîte de vitesse à l'essieu moteur 62 par l'arbre secondaire 28 et le pont différentiel 58. On se rapporte maintenant à la figure 2 qui est une variante de la figure 1 et qui pour cela comporte les mêmes références pour les éléments communs. 25 Cette variante se différencie de la figure 1 par la mise en place d'un accouplement débrayable 98 sur l'arbre de renvoi 76 entre les deux étages 72 et 74 du réducteur 70. Cet accouplement permet ainsi d'isoler la machine électrique 16 de la 30 boîte de vitesse 16 lorsque cette machine n'est pas utilisée pour le fonctionnement du véhicule. De plus, cet accouplement peut servir de sécurité en cas d'emballement de la machine électrique en isolant cette machine de la boîte de vitesse. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits 5 mais englobe toutes variantes sans toutefois s'écarter de la portée de l'invention telle que définie ci-dessus. REVENDICATIONS1) Groupe motopropulseur de véhicule automobile à entraînement hybride comprenant un moteur thermique (12), une machine électrique (14) avec un rotor (22) et une boîte de vitesse (16) reliée au moteur au travers d'un accouplement débrayable (30), ladite boîte de vitesse comprenant un arbre primaire (26) portant des roues dentées fixes (32-40) engrenant avec des pignons dentés fous (42-50) portés par un arbre secondaire de boîte (28), caractérisé en ce qu'il comprend une voie de transmission de mouvement (70) entre le rotor (22) de la machine électrique (14) et l'une (90) des roues fixes de l'arbre primaire. 2) Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la voie de transmission comprend un réducteur de vitesse (70) entre le rotor (22) de la machine électrique et la roue fixe (90). 3) Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réducteur comprend au moins deux étages de réduction (72, 74) reliant le rotor (22) à la roue fixe (90). 4) Groupe motopropulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits étages sont disposés en parallèle l'un avec l'autre en étant relié l'un à l'autre par un renvoi de transmission (76). 25 5) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'au moins un desdits étages de réduction comprend un engrenage (72, 74) 6) Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce 30 qu'au moins un desdits engrenages est logé dans un boîtier (92, 94).20 7) Groupe motopropulseur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit engrenage (72, 74) comprend au moins deux roues dentées (78, 82, 84, 80 ; 86, 88) disposées en cascade. 8) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter (24, 56) de la boîte de vitesse (16) comporte une ouverture (90) pour la liaison avec le réducteur. 9 ) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel le carter de la boîte de vitesse porte un carter additionnel (56) logeant un rapport de boîte (40, 50), caractérisé en ce que le carter additionnel (56) porte une ouverture (90) pour la liaison avec le réducteur. 10) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 9, 15 caractérisé en ce que le réducteur comprend un accouplement débrayable (98) entre les deux étages de réduction 11) Groupe motopropulseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'accouplement (98) est placé sur le renvoi de transmission (76).