Brevet FR2984957A1 — publié le 20130628

GROUPE MOTEUR [1] L'invention concerne un groupe moteur pour véhicule hybride, c'est-à-dire un groupe moteur comprenant un moteur thermique et un moteur électriques adaptés à déplacer le véhicule. [2] Différents systèmes d'engrenage permettant de moduler l'amplitude de la course d'un piston d'un moteur à combustion pour véhicule automobile sont connus. [3] Ainsi, dans la demande de brevet W02005/059330, l'extrémité libre de la tige du piston porte un palier lisse dans lequel est monté une couronne à surface extérieure cylindrique montée glissante dans le palier, la couronne ayant une surface intérieure dentée excentrée à laquelle est engrené un pignon qui est solidaire de l'arbre moteur et excentré par rapport à l'axe de cet arbre. Le système d'engrenage comporte une bague d'ajustement dont la rotation commandée permet de régler l'excentricité du système et en conséquence la course du piston et, in fine, permet de réguler le taux de compression en fonction des circonstances. [4] Dans le brevet US6948460, l'extrémité libre de la tige du piston est montée en liaison pivot à un pignon à distance de l'axe de ce dernier faisant office de maneton, le pignon étant engrené à la surface intérieure d'une couronne dentée qui est montée en rotation autour de son axe et qui est maintenue immobile pendant l'utilisation du moteur. La rotation commandée de la couronne dentée permet de régler la course du piston et, in fine, de réguler le taux de compression en fonction des circonstances. [005] Dans la demande JP2010162998, l'extrémité libre de la tige du piston est montée en liaison pivot à un pignon interne à distance de l'axe de ce dernier faisant office de maneton, le pignon interne étant engrené à la surface intérieure d'une couronne dentée qui est montée en rotation autour de son axe et qui est engrenée par sa surface extérieure à un pignon externe solidaire de l'arbre d'un premier moteur électrique. Un second moteur électrique utilisé, comme le moteur à combustion, comme moyen de déplacement du véhicule, est alimenté notamment par de l'énergie récupéré par le premier moteur électrique lors des phases de régénération lors desquelles ce dernier est entraîné par la rotation de la couronne dentée qui se déroule simultanément avec la rotation du pignon interne. [006] L'inconvénient de ces différents systèmes d'engrenage et des pistons qui y sont associés est l'importance des frottements qu'ils génèrent lors de leurs déplacements quand le véhicule automobile hybride n'utilise que l'énergie produite par le moteur électrique. [007] L'invention vise à résoudre notamment cet inconvénient. [8] Selon un premier aspect, l'invention porte sur un groupe moteur comprenant un moteur thermique adapté à entraîner un premier arbre moteur et un moteur électrique adapté à entraîner un second arbre moteur relié au premier arbre moteur, le moteur thermique comprenant un piston se déplaçant selon une direction de translation en entraînant un maneton en rotation autour du premier arbre moteur, une bielle étant montée en liaison pivot sur le piston et sur un pignon à une distance du centre du pignon égale au rayon de ce dernier, le pignon étant centré sur le maneton, monté en rotation autour celui-ci et engrené sur une face intérieure d'une couronne dentée centrée sur le premier arbre moteur, montée en rotation autour de celui-ci, dont le rayon est égal au double de celui du pignon, et dont la rotation est commandée par un dispositif de commande, caractérisé en ce que le dispositif de commande est agencé de façon à commander, quand le moteur électrique est utilisé seul pour déplacer un véhicule, l'immobilisation de la couronne dentée dans une position de travail électrique dans laquelle le déplacement de la liaison pivot entre la bielle et le pignon est réalisé perpendiculairement à la direction de translation. [9] Ainsi, du fait de la valeur égale à 2 du rapport de rayon de la couronne dentée sur le rayon du pignon, à une mise en rotation sans glissement du pignon autour de la couronne dentée correspond à un déplacement rectiligne le long d'un diamètre de la couronne dentée du pivot reliant le pignon et la bielle. L'immobilisation angulaire de la couronne dentée dans une position dans laquelle la direction rectiligne de déplacement du pivot est perpendiculaire à la direction de translation du piston permet de minimiser l'amplitude de mouvement du piston dans un cylindre du moteur, et en conséquence de limiter les frottements. Une telle orientation angulaire de la couronne dentée quand seule le moteur électrique est utilisé pour déplacer le véhicule permet ainsi limiter les pertes énergétiques liés à la liaison existant entre le moteur thermique et le moteur électrique. [0010] Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de commande est agencé de façon à commander, quand le moteur thermique est utilisé pour déplacer le véhicule, l'immobilisation de la couronne dentée dans une position de travail thermique dans laquelle le déplacement de la liaison pivot entre la bielle et le pignon est réalisé parallèlement à la direction de translation. De ce fait, quand le moteur thermique est utilisé pour déplacer le véhicule, la course du piston est maximale. [0011] Selon un second mode de réalisation, le dispositif de commande est agencé de façon à commander la rotation de la couronne dentée de sa position de travail thermique à sa position de travail électrique lors de l'arrêt du moteur thermique, et à commander la rotation de la couronne dentée de sa position de travail électrique à sa position de travail thermique lors du redémarrage du moteur thermique. [0012] Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif de commande est agencé de façon à limiter l'amplitude de la rotation de la couronne dentée à 90° [0013] Selon un quatrième mode de réalisation, le groupe moteur comprend un actionneur qui contrôle la rotation de la couronne dentée et qui est commandé par le dispositif de commande. [0014] Selon un cinquième mode de réalisation, l'actionneur comprend un bras tangent à une surface externe de la couronne dentée, monté rotatif autour de son axe, et portant une vis sans fin qui est engrené avec la surface externe de la couronne dentée. [0015] Selon un sixième mode de réalisation, la couronne dentée est formée de deux première roues coaxiales et d'une coque cylindrique solidarisant ces dernières par leur surface cylindrique extérieure sur un angle compris entre 90° et 270°, en ce que le pignon est formé de deux secondes roues coaxiales et d'un arbre de liaison solidarisant ces dernières et formant le pivot d'articulation de la bielle, et en ce que chaque seconde roue est montée en rotation autour d'un maneton qui lui est propre. De ce fait, la bielle est disposée entre chaque première roue et chaque seconde roue, ce qui permet de répartir de chaque côté de la bielle les tensions mécaniques liées aux décalages axiaux cumulés formés par la liaison de la bielle au pignon et par la liaison du maneton au premier arbre moteur par l'intermédiaire d'une tige. [0016] Selon un septième mode de réalisation, la vis sans fin est engrenée à un engrenage externe porté par la coque cylindrique. [0017] Selon un second aspect, la présente invention concerne un véhicule automobile hybride comportant un groupe moteur conforme au premier aspect de l'invention. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un groupe moteur conforme à un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un système mécanique reliant un piston à une tige s'étendant entre un maneton et un premier arbre moteur conformément à la présente invention, la couronne dentée étant dans une position angulaire de travail thermique, le piston étant dans une position de point mort haut ; - la figure 3 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 2, la tige ayant subie une rotation de 45° par rapport à sa position illustrée à la figure 2 ; - la figure 4 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 2, la tige ayant subie une rotation de 90° par rapport à sa position illustrée à la figure 2 ; - la figure 5 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 2, la couronne dentée étant dans une position angulaire de travail électrique, le piston étant dans une position de point mort haut ; - la figure 6 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 5, la tige ayant subie une rotation de 45° par rapport à sa position illustrée à la figure 5 ; - la figure 7 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 5, la tige ayant subie une rotation de 90° par rapport à sa position illustrée à la figure 5 ; - la figure 8 est une représentation schématique du système mécanique des figures 2 et 5, la couronne dentée étant en cours de rotation de façon à modifier l'orientation du diamètre le long duquel se déplace la liaison pivot entre la bielle et le pignon ; - la figure 9 est une vue en perspective de la couronne dentée utilisée dans le présent mode de réalisation de l'invention ; - la figure 10 est une vue en perspective du pignon utilisé dans le présent mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 11 est une vue en perspective de la partie thermique du groupe moteur conforme au présent mode de réalisation de l'invention. [0019] La figure 1 représente un groupe moteur 1 d'un véhicule hybride. Le groupe moteur 1 comprend, d'une part, un moteur thermique 2 entraînant un premier arbre moteur 3 et, d'autre part, un moteur électrique 4 entraînant un second arbre moteur 5 qui est relié au premier arbre moteur 3 (ici, par l'intermédiaire d'une courroie 6). [0020] Le moteur thermique 2 comprend une chambre de combustion 7 dans laquelle est montée en translation un piston 8 selon une direction de translation 9. [0021] Une tige 10 est montée en rotation autour d'un axe de rotation 11 qui est perpendiculaire à la direction de translation 9 et qui coupe cette direction, le premier arbre moteur 3 s'étendant le long de cet axe de rotation 11 et tournant sur lui-même autour de cet axe 11. La tige 10 s'étend longitudinalement sur une certaine longueur et est délimitée longitudinalement par deux extrémités. Une première extrémité est située dans l'axe de rotation 11 et correspond à un arbre 12 coaxial au premier arbre moteur 3 ; une seconde extrémité est située à l'opposé de la première extrémité et correspond à un maneton 13. L'ensemble monobloc formé par l'arbre 12, la tige 10 et le maneton 13 est une manivelle tournant autour de l'axe de rotation 11. [0022] Une couronne dentée 14 est centrée sur l'axe de rotation 11 et a un rayon égal au double de la longueur de la tige 10. La couronne dentée 14 est montée en rotation autour de l'axe de rotation 11 et est associée à un actionneur 15 qui contrôle sa rotation. En l'occurrence, afin d'assurer leur liaison, l'actionneur 15 comprend un bras 16 qui est orienté de façon à être tangent à une surface externe de la couronne dentée 14 et perpendiculaire à l'axe de rotation 11. Le bras 16 est en outre monté rotatif autour de son axe 17 et porte une vis sans fin 18 qui est engrené extérieurement à la couronne dentée 14. Le groupe moteur 1 comprend également un dispositif de commande qui commande l'actionneur 15 et donc la rotation de la couronne dentée 14. [0023] Un pignon 19 est centré sur l'axe 20 du maneton 13 et a un rayon égal à la longueur de la tige 10. Le pignon 19 est monté en rotation autour de l'axe 20 du maneton 13 et est engrené à la face intérieure de la couronne dentée 14. Ainsi le roulement du pignon denté 19 sur la couronne dentée 14 forme une hypocycloïde avec un rapport des rayons égal à 2. Afin de permettre la liaison de la tige 10 au pignon 19, ces deux organes 10, 19 sont décalés l'un par rapport à l'autre selon l'axe de rotation 11, comme illustré à la figure 11. [0024] Une bielle 21 s'étend longitudinalement sur une certaine longueur et est délimitée longitudinalement par deux extrémités. Une première extrémité réalise la liaison en pivot avec le piston 8 autour d'un premier pivot 22 ; une seconde extrémité est située à l'opposé de la première extrémité et réalise la liaison en pivot avec le pignon 19 autour d'un second pivot 23. Le second pivot 23 est situé à la périphérie du pignon 19, c'est-à-dire à une distance de l'axe 20 du maneton 13 égale au rayon du pignon 19. Afin de permettre la liaison de la bielle 21 au pignon 19, sans interférer avec la tige 10, la bielle 21 et le pignon 19 sont décalés l'un par rapport à l'autre selon l'axe de rotation 11 de la tige 10. De ce fait, la bielle 21 et la tige 10 sont disposées de chaque coté du pignon 19, la couronne dentée 14 étant dans le même plan que le pignon 19, et le piston 8 dans le même plan que la bielle 21. [0025] A une rotation de la tige 10 autour de l'axe de rotation 11 correspond un roulement du pignon 19 le long de la couronne dentée 14 et donc un déplacement du second pivot 23 par lequel la bielle 21 est reliée au pignon 19. Du fait de la configuration relative du pignon 19 et de la couronne dentée 14 et du fait de la disposition du second pivot 23 à la périphérie du pignon 19, à la rotation de la tige 10 correspond un déplacement du second pivot 23 le long d'un diamètre de la couronne dentée 14. Au déplacement du second pivot 23 correspond un déplacement du piston 8. Ainsi, le déplacement du piston 8 dans la chambre de combustion 7 entraîne le déplacement du second pivot 23 le long d'un diamètre de la couronne dentée 14, le roulement du pignon 19 le long de la couronne dentée 14, la rotation du maneton 13 autour de l'axe de rotation 11, la rotation du premier arbre moteur 3, e donc la rotation du second arbre moteur 5. [0026] Pendant une phase de travail thermique, c'est-à-dire quand le moteur thermique 2 est utilisé pour déplacer le véhicule, la couronne dentée 14 est maintenue immobile par l'actionneur 15 dans un position angulaire de travail thermique dans laquelle le déplacement du second pivot 23 est réalisé parallèlement à la direction de translation 9, comme illustré aux figures 2 à 4. Dans une telle situation, l'amplitude de translation du piston 8 est maximale et égale au diamètre de la couronne dentée 14. [0027] Pendant une phase de travail électrique, c'est à dire quand seul le moteur électrique 4 est utilisé pour déplacer le véhicule, la couronne dentée 14 est maintenue immobile par l'actionneur 15 dans une position de travail électrique dans laquelle le déplacement du second pivot 23 est réalisé perpendiculairement à la direction de translation 9, comme illustré aux figures 5 à 7. Dans une telle situation, l'amplitude de translation du piston 8 est minimale. De préférence, afin de minimiser cette amplitude de déplacement du piston 8, la longueur de la bielle 21 est au moins égale au diamètre de la couronne dentée 14 (donc, au moins quatre fois la longueur de la tige 10). [0028] Pour passer d'une phase à l'autre, l'actionneur 15 entraîne la couronne dentée 14 en rotation sur 90°, ce qui entraîne donc la rotation de 90° du diamètre le long duquel se déplace le second pivot 23, et la rotation du pignon 9 sur lui-même sur 180°, comme illustré par les figures 7, 8 et 4. Ainsi, quand le moteur électrique 4 entraîne la rotation du second arbre principal 5 et, par l'intermédiaire de la courroie 6, le premier arbre principal 3, le déplacement du piston 8 est minimisé et les pertes énergétiques réduites en conséquence. [0029] Le dispositif de commande est agencé de façon à commander l'immobilisation de la couronne dentée 14 dans une position de travail électrique quand le moteur électrique 4 est utilisé seul pour déplacer le véhicule, de façon à commander l'immobilisation de la couronne dentée 14 dans une position de travail thermique quand le moteur thermique 2 est utilisé pour déplacer le véhicule, de façon à commander la rotation de la couronne dentée 14 de sa position de travail thermique à sa position de travail électrique lors de l'arrêt du moteur thermique 2, et de façon à commander la rotation de la couronne dentée 14 de sa position de travail électrique à sa position de travail thermique lors du redémarrage du moteur thermique 2. [0030] De préférence, l'amplitude de rotation de la couronne dentée 14 est limitée à 90°, l'actionneur 15 entraînant la rotation de sa vis sans fin 18 dans un sens ou dans l'autre. [0031] De préférence, afin de minimiser les tensions mécaniques liées au décalage successif de la tige 10, le pignon 19 et la bielle 21, le pignon 19 et la couronne dentée 14 sont conformés comme illustré aux figures 9 et 10. Ainsi, la couronne dentée 14 est formée de deux première roues 24, 25 coaxiales et d'une coque cylindrique 26. La coque cylindrique 26 solidarise les deux première roues 24, 25 par leur surface cylindrique extérieure et s'étend autour de l'axe de la couronne dentée 14 sur un angle compris entre 90° et 270° de façon à permettre le passage de la bielle 21 entre les deux premières roues 24, 25 quelle que soit la position angulaire de la couronne dentée 14. De même, le pignon 19 est formé de deux secondes roues 27, 28 coaxiales engrenées aux deux premières roues 24, 25 et d'un arbre de liaison 23. L'arbre de liaison 23 solidarise les deux secondes roues 27, 28 et forme le second pivot 23. De façon plus précise, à chaque seconde roue 27, 28 est adossée une bague 29, 30 permettant le positionnement radial correct de l'arbre de liaison par rapport à l'axe du pignon 19. Par ailleurs, chaque seconde roue 27, 28 est montée en rotation autour d'un maneton 13 qui lui est propre. De ce fait, le pignon 13 est encadré par deux manivelles. Ainsi, la bielle 21 est disposée entre chaque première roue 24, 25 et chaque seconde roue 27, 28 (plus précisément, entre les deux bagues 29, 30), ce qui permet de répartir de chaque côté de la bielle les tensions mécaniques liées aux décalages axiaux cumulés précités. [0032] Dans le même but de minimiser les tensions mécaniques, la couronne dentée 14 est entraînée en rotation par l'intermédiaire de la coque cylindrique 16, comme illustré à la figure 11.