Brevet FR3014036A1 — publié le 20150605

La présente invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour l'entraînement d'un véhicule automobile et en particulier à un groupe motopropulseur pour un véhicule de type hybride. Comme cela est déjà connu, ce type de véhicule comporte un groupe motopropulseur qui utilise seul ou en combinaison, comme mode d'entraînement en traction/propulsion, un moteur thermique, généralement à combustion interne, avec un dispositif de variation de vitesse et une machine motrice/réceptrice, comme une machine électrique rotative reliée à une source électrique, telle qu'un ou plusieurs accumulateurs électriques ou batteries. Cette combinaison permet d'optimiser les performances de ce véhicule, tant au niveau de la réduction des émissions de polluants dans l'atmosphère qu'au niveau de la diminution de 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. Comme cela est déjà connu par la demande de brevet français N° 2 955 165 du demandeur, le groupe motopropulseur de véhicule automobile comprend un moteur thermique avec un arbre relié à un dispositif de transmission à variation de vitesse comportant un train épicycloïdal de moteur avec un planétaire et une couronne reliés chacun à l'arbre du moteur thermique par un accouplement à commande contrôlée et à une partie fixe du groupe par un accouplement automatique unidirectionnel, et un porte-satellites transmettant la variation de vitesse à l'essieu moteur du véhicule par l'intermédiaire d'une voie de transmission comportant les éléments compris entre l'arbre porte-satellites et l'essieu et qui permettent d'assurer la liaison cinématique entre cet arbre et cet essieu. De façon à augmenter la capacité de variation de vitesse lors de l'entraînement du véhicule par la machine électrique, le demandeur a associé, au dispositif de transmission à variation de vitesse du document précité, autre train épicycloïdal reliant le train épicycloïdal de moteur à la voie de transmission de mouvement à l'essieu moteur de ce véhicule, comme cela est décrit dans la demande de brevet français N° 2 962 697 du demandeur. Dans cette configuration, la voie de transmission comporte également tous les éléments compris entre l'arbre porte-satellites de l'autre train épicycloïdal et l'essieu. Bien que donnant satisfaction, ce dispositif de variation de vitesse présente un inconvénient négligeable. En effet, lors de passage de vitesses, par exemple du rapport de vitesse 2 au rapport de vitesse 3, la vitesse de rotation du porte-satellites du train épicycloïdal de moteur peut être imposée par la rotation de la couronne de l'autre train épicycloïdal, nécessitant un contrôle précis du régime du moteur à combustion interne dans le but de limiter le différentiel de régime entre les arbres du train épicycloïdal de moteur qui doivent être couplés à l'occasion de ce changement de rapport. Cette rotation imposée au porte-satellites du train épicycloïdal de moteur va solliciter les composants de couplage de ce train en entrainant leur détérioration, voire leur rupture et la mise hors service du groupe motopropulseur. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients précités grâce à un dispositif de transmission à variation de vitesse dont le porte-satellites du train épicycloïdal de moteur peut être découplé à chaque instant de l'autre train. A cet effet, la présente invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile comportant un moteur thermique avec un arbre, un dispositif de transmission à variation de vitesse comprenant un train épicycloïdal de moteur avec un planétaire et une couronne reliés chacun à l'arbre du moteur thermique 30 par un accouplement à commande contrôlé et à une partie fixe du véhicule par un accouplement automatique unidirectionnel, et un porte-satellites relié à un essieu par une voie de transmission, caractérisé en ce qu'il comprend un accouplement automatique unidirectionnel reliant le porte-satellites à ladite voie de transmission. Le groupe peut comprendre un autre train épicycloïdal reliant le train épicycloïdal de moteur à l'essieu et l'accouplement unidirectionnel peut être placé entre le porte-satellites et une bague dentée engrenant avec un bandeau denté de l'autre train épicycloïdal. Le bandeau denté peut être porté par la couronne de l'autre train épicycloïdal. Le groupe peut comprendre un autre train épicycloïdal reliant le train 15 épicycloïdal de moteur à l'essieu et l'accouplement unidirectionnel peut être placé entre une couronne dentée engrenant avec un bandeau denté porté par le porte-satellites et un bandeau de l'autre train épicycloïdal. Le bandeau denté peut être porté par le porte-satellites du train épicycloïdal 20 de moteur. L'accouplement unidirectionnel peut être une roue libre. Les accouplements peuvent comprendre des synchroniseurs contrôlés par 25 des moyens de commande. Les moyens de commande peuvent comprendre une commande unique reliant en translation les deux synchroniseurs. 30 L'un des synchroniseurs peut être un synchroniseur à double effet. L'invention concerne également un véhicule qui peut comprendre un groupe motopropulseur comme mentionné précédemment. 10 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 sont annexées : - la figure 1 qui est un schéma montrant un groupe motopropulseur selon l'invention appliqué à un véhicule hybride, et - la figure 2 qui illustre schématiquement une variante du groupe motopropulseur de la figure 1. Sur la figure 1, le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique 10, notamment un moteur à combustion interne, avec un arbre de moteur 12, ici issu du vilebrequin de ce moteur, un dispositif de transmission à variation de vitesse 14 et un essieu moteur 16 qui permet d'entraîner les roues motrices 18 du véhicule, avantageusement par l'intermédiaire d'un pont différentiel 20. L'arbre de moteur 12 a également une fonction d'arbre récepteur mais pour des raisons de simplification de la description, cet arbre sera dénommé arbre moteur de manière à pouvoir le distinguer des autres arbres du dispositif de transmission. Dans le cadre de l'utilisation pour un véhicule hybride, une machine motrice/réceptrice 22 est associée à ce groupe. Dans l'exemple qui va suivre, cette machine motrice/réceptrice est une machine électrique qui est utilisée en tant que moteur électrique pour entraîner les roues du véhicule ou en tant que machine réceptrice pour générer une source de courant servant notamment à recharger les batteries. Bien entendu, tout autre type de machine motrice/réceptrice peut être utilisée, comme une machine hydraulique ou pneumatique. Le dispositif de transmission à variation de vitesse 14 comprend un train épicycloïdal 24, dénommé train épicycloïdal de moteur dans la suite de la description, avec deux accouplements à commande contrôlée 26, 28 et deux accouplements automatiques unidirectionnels, ici des roues libres 30, 32. Le train épicycloïdal de moteur 24 comprend un planétaire 34 avec un bandeau 36 denté extérieurement et porté par un flasque monté fixement sur un arbre creux 38, dit arbre de planétaire, venant entourer l'arbre moteur 12 en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à cet arbre moteur. Au voisinage de son extrémité libre 40, cet arbre prend appui dans un palier 42 porté par une partie fixe 44 du groupe motopropulseur au travers de la roue libre 30, baptisée roue libre planétaire. Ce train comprend également une couronne 46 avec un anneau 48 denté intérieurement, placé concentriquement au planétaire, et porté par un voile relié à un arbre creux 50, dit arbre de couronne, venant entourer l'arbre moteur 12 en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à cet arbre moteur. Cette couronne est reliée par l'intermédiaire de son arbre 50 à la partie fixe 44 du groupe motopropulseur par la roue libre 32, baptisée roue libre couronne, placé à distance de son extrémité libre 52. Bien entendu, les deux roues libres 30 et 32 sont placées de manière telle que la couronne 46 et le planétaire 34 ne puissent tourner que dans le même sens et préférentiellement dans le même sens que l'arbre moteur 12. Enfin, ce train épicycloïdal de moteur comprend un porte-satellites 54 avec avantageusement trois satellites 56, en forme de roue à denture extérieure, placés dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 120°) et engrenant avec la couronne et le planétaire. Pour cela, l'anneau 48 de la couronne, le bandeau 36 du planétaire et les satellites 56 sont situés dans un même plan, ici dans un plan vertical en considérant la figure 1. Ces satellites sont portés chacun par un axe horizontal 58 en étant libres en rotation mais fixes en translation sur celui-ci. Ces axes de satellites sont portés par une paroi verticale 60 reliée à un palier tubulaire 62, dit palier de porte-satellites, qui vient entourer l'arbre de planétaire 38 en étant libre en rotation sur celui-ci. Ce porte-satellites porte en outre un accouplement automatique unidirectionnel 64, ici sous la forme d'une roue libre dénommée roue libre de porte-satellites. Cette roue libre prend appui sur une bague intérieure 66 s'érigeant à partir de la paroi 60 et sur une bague extérieure 68 munie d'une denture extérieure. Par cela, la roue libre 64 est placée de manière telle que lorsque le porte-satellites tourne dans le sens du moteur thermique, ce porte satellite entraîne en rotation la bague extérieure 68. Lorsque la bague extérieure 68 est en rotation dans le sens du moteur thermique, elle ne peut transmettre de couple vers le porte-satellites. Cette denture extérieure coopère à engrènement avec un bandeau 70 qui est porté par la couronne 72 d'un autre train épicycloïdal additionnel 74, dénommé dans la suite de la description train épicycloïdal de machine, placé sur un arbre 76 sensiblement parallèle à l'arbre moteur 12 et supporté par des paliers issus 78 de la partie fixe 44 du groupe moto propulseur. Cette couronne comprend également un bandeau d'entraînement 80 denté intérieurement porté par un flasque fixé sur un palier tubulaire 82 entourant l'arbre 76. Ce bandeau d'entraînement coopère avec un porte-satellites 84 comprenant avantageusement trois satellites 86, en forme de roue à denture extérieure, portés par des axes de satellites 88 et placés dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 120°) et engrenant avec la denture du bandeau d'entraînement 80 de la couronne 72. Les axes de satellites 88 sont portés par un voile fixé sur un palier tubulaire 90 entourant l'arbre 76. Ces satellites coopèrent également à engrènement avec un planétaire 92, lié en rotation avec l'arbre 76, qui comprend un bandeau 94 denté extérieurement et porté par un flasque. Bien entendu, comme pour le train épicycloïdal de moteur thermique 24, le bandeau 80 de la couronne 72, le bandeau denté 94 du planétaire et les satellites 86 sont situés dans un même plan, ici dans un plan vertical en considérant la figure 1. Le flasque du porte-satellites comprend également un bandeau denté extérieurement 96 qui coopère avec une autre roue dentée 98 liée à l'essieu moteur 16 en formant ainsi une voie de transmission de mouvement entre le train épicycloïdal de machine et l'essieu. L'arbre 76 porte fixement une autre roue dentée 100 qui coopère avec le rotor 102 de la machine électrique 22, ici par l'intermédiaire d'une courroie crantée ou d'une chaine. Le train épicycloïdal de machine 74 porte également un accouplement à 20 commande contrôlée 104 permettant de relier sa couronne 72 portant les bandeaux 70 et 80, soit à la roue dentée fixe 100 de l'arbre 76, soit à la partie fixe 44 du groupe motopropulseur. De manière avantageuse, cet accouplement permet de réaliser, sous l'effet 25 d'un moyen de commande 106, une position neutre et deux positions d'accouplement, soit avec la roue dentée fixe 100, soit à la partie fixe 44 du groupe motopropulseur. Comme mieux illustré sur la figure 1 uniquement à titre d'exemple, les arbres 30 creux du planétaire et de la couronne sont reliés chacun à l'arbre moteur par un accouplement sous la forme d'un synchroniseur. L'un 28 des synchroniseurs est un synchroniseur à simple effet logé sur l'arbre 12 en regard de l'extrémité libre de l'arbre creux de couronne 50. L'autre 26 des synchroniseurs est un synchroniseur à double effet logé également sur l'arbre 12 entre le train épicycloïdal de moteur 24 et le moteur 10. Comme cela est bien connu, le synchroniseur à simple effet 28 comprend un moyeu de solidarisation 108, denté extérieurement, qui porte un baladeur 110 avec une denture intérieure 112 et une bague conique de synchronisation 114, de préférence à friction. Le moyeu de solidarisation 108 est lié en rotation et en translation avec l'arbre 12 alors que la bague de synchronisation est portée de manière concentrique par ce moyeu. Le baladeur 110 est lié en rotation avec le moyeu par la coopération de sa denture intérieure 112 avec la denture extérieure du moyeu tout en pouvant coulisser sur ce moyeu. Pour réaliser l'accouplement entre l'arbre 12 et l'arbre creux de couronne 50, ce dernier porte une surface conique de friction 116 et un portée cylindrique dentée 118. Le synchroniseur à double effet 26 comporte un moyeu de solidarisation 120 denté extérieurement tout en étant fixe en translation mais libre en rotation sur l'arbre 12, un baladeur double 122 porté par le moyeu et muni de deux portées dentées intérieurement 124, 126 symétriques axialement par rapport à l'axe médian vertical du baladeur et deux bagues coniques de synchronisation 128, 130 disposées de part et d'autre du moyeu tout en étant coaxiale l'une avec l'autre. Ce synchroniseur 26 est adapté à coopérer, d'une part, avec une surface conique de friction 132 et une portée cylindrique dentée 134 portés par un voile fixé sur l'arbre 12 et, d'autre part, avec l'extrémité de l'arbre creux de planétaire 38 qui porte une surface conique de friction 136 et une portée cylindrique dentée 138. Avantageusement, un seul moyen de commande 140 est utilisé pour contrôler les deux synchroniseurs 26, 28 de façon à ce que les deux baladeurs se déplacent en même temps dans la même direction et avec une même course. A titre d'exemple, ce moyen de commande unique 140 peut être une pièce de liaison 142 qui relie les organes de contrôle 144 des baladeurs, qui sont généralement sous la forme de fourchette. Pour la configuration du point mort illustré à la figure 1, l'arbre moteur 12 n'est accouplé ni avec l'arbre creux de planétaire ni avec l'arbre creux de couronne 54. Ceci a pour effet de laisser cet arbre moteur tourné librement. Pour ce faire, le synchroniseur 28 n'est pas actif pour réaliser l'accouplement entre l'arbre moteur 12 et l'arbre creux de couronne 50. Le synchroniseur 26 est uniquement en liaison, au travers de la portée dentée 126 du baladeur double, avec la portée cylindrique dentée 138 de l'arbre de planétaire 38. La bague conique 128 et la portée dentée 124 du baladeur double ne sont pas en liaison avec la surface conique de friction 132 et la portée cylindrique dentée 134 porté par l'arbre moteur. De ce fait la rotation de l'arbre 12 n'est pas transmise au baladeur double 122 et cet arbre moteur peut tourner librement. Pour obtenir le rapport de vitesse 1, le moyen de commande unique 140 commande le déplacement simultané des deux baladeurs 122, 110 dans un sens allant de la droite vers la gauche pour arriver à une position où l'arbre moteur 12 entraîne en rotation l'arbre creux de planétaire 38 sans entraîner l'arbre creux de couronne 50. Pour cette positon, la bague conique et la portée dentée 126 du baladeur double 122 restent en liaison avec la surface conique de friction et la portée cylindrique dentée de l'arbre de planétaire 38, et la bague conique 128 et la portée dentée 124 du baladeur 122 sont liées en rotation avec la surface conique de friction 132 et la portée cylindrique dentée 134 portées par l'arbre moteur 12. Ainsi la rotation de l'arbre 12 est transmise à l'arbre creux de planétaire 38 par la liaison du baladeur 122 à la fois avec la portée cylindrique dentée 134 portée par l'arbre 12 et avec la portée cylindrique dentée 138 de l'arbre de planétaire. La rotation du planétaire entraîne à son tour en rotation des satellites 56 puis le porte-satellites 54. Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers de la roue libre 64, de la bague 68 et du bandeau 70 à la couronne 72 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte- satellites 84 et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16. Pour le rapport de vitesse 3, le moyen 140 commande le déplacement simultané des deux baladeurs 122, 110 dans un sens allant toujours de la droite vers la gauche pour arriver à une position où l'arbre moteur 12 entraîne en rotation à la fois l'arbre creux de planétaire 38 et l'arbre creux de couronne 50. Pour cette positon, le baladeur double 122 du synchroniseur 26 s'est déplacé mais reste toujours en liaison avec l'arbre moteur 12 et l'arbre creux de planétaire 38. Durant ce déplacement, la bague conique 114 et la denture intérieure 112 du baladeur 110 viennent en contact avec la surface conique de friction 116 et la portée cylindrique dentée 118 de l'arbre creux de couronne 50. Dans cette configuration, la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation la couronne 46 ainsi que le planétaire 34 et en conséquence le porte-satellites 54. Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers de la roue libre 64, de la bague 68 et du bandeau 70 à la couronne 72 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte-satellites 84 et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16. Pour obtenir le rapport de vitesse 2, le moyen de commande 140 déplace simultanément les deux baladeurs 122, 110 dans le sens de la droite vers la gauche pour arriver à une position où l'arbre moteur 12 entraîne en rotation uniquement l'arbre creux de couronne 50. Pour réaliser cet entraînement, le baladeur 122 du synchroniseur 26 s'est déplacé mais reste uniquement en liaison en rotation avec la surface conique de friction et la portée cylindrique dentée portées par l'arbre moteur 12, la bague conique et la portée dentée du baladeur 122 étant désolidarisées de la surface conique de friction et de la portée cylindrique dentée de l'arbre de planétaire 40. Pour ce rapport de vitesse, le synchroniseur reste en liaison en rotation avec l'arbre creux de couronne par son baladeur 110. Ainsi, la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation la couronne 46 qui entraîne en rotation les satellites 56 puis le porte-satellites 54. Comme pour les rapport décrits précédemment, cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers de la roue libre 64, de la bague 68 et du bandeau 70 à la couronne 72 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte-satellites 84 et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16. Cette roue libre est utile pour faciliter les passages de rapports de vitesse du rapport 1 vers le rapport 3, du rapport 3 vers le rapport 1, du rapport 2 vers le rapport 3 et du rapport 3 vers le rapport 2. Le porte-satellites ne risque pas de tourner dans un sens de rotation non souhaité car cette roue libre permet de désolidariser l'autre train épicycloïdal du train épicycloïdal de moteur. Ceci permet, d'une part, d'utiliser les synchroniseurs dans de bonnes conditions, pour qu'ils n'aient à vaincre que les inerties du train épicycloïdal de moteur, et, d'autre part, de limiter la contrainte sur le contrôle du régime moteur à vide. La variante de la figure 2 se distingue de celle de la figure 1 par une disposition particulière de la roue libre qui se trouve placée sur la couronne de l'autre train. La position de la roue libre sur le porte-satellites du train épicycloïdal de moteur, tel que présentée sur la figure 1, ou sur la couronne de l'autre train, tel que présentée sur la figure 2, peut être utilisée sur toutes les transmissions de ce type, qu'elles aient des synchroniseurs simples ou doubles, à commande unique ou séparée, voire même celles comportant des embrayages. L'utilisation de deux synchroniseurs simple effet contrôlés par un moyen de commande distinct 145 ne change en rien les différents passages de rapport de vitesse. Pour le rapport de vitesse 1, l'arbre 12 est en liaison avec l'arbre creux de planétaire 38 par le synchroniseur 26, pour le rapport de vitesse 3, l'arbre 12 reste en liaison avec l'arbre creux de planétaire 38 par le synchroniseur 26 et est mis en liaison avec l'arbre creux de couronne 50 par le synchroniseur 28, et pour le rapport de vitesse 2, seul l'arbre creux de couronne 50 reste en liaison avec l'arbre 12 alors que l'arbre creux de planétaire 38 est désolidarisé de l'arbre moteur 12 par le synchroniseur 26. Pour ce qui est de la roue libre 64, celle-ci est placée entre une couronne dentée extérieurement 146 qui engrène avec un bandeau denté extérieurement 148 et porté par la paroi 60 du porte-satellites 54. Cette roue libre coopère également avec la surface périphérique lisse du bandeau 80 de la couronne 72 du train épicycloïdal de machine. Le fonctionnement du dispositif de transmission à variation de vitesse se déroule de manière semblable à celui décrit en relation avec la figure 1. REVENDICATIONS1) Groupe motopropulseur de véhicule automobile comportant un moteur thermique (10) avec un arbre (12), un dispositif de transmission à variation de vitesse (14) comprenant un train épicycloïdal de moteur (24) avec un planétaire (34) et une couronne (46) reliés chacun à l'arbre (12) du moteur thermique (10) par un accouplement à commande contrôlé (26, 28) et à une partie fixe (44) du véhicule par un accouplement automatique unidirectionnel (30, 32), et un porte-satellites (54) relié à un essieu (16) par une voie de transmission (96, 98), caractérisé en ce qu'il comprend un accouplement automatique unidirectionnel (64) reliant le porte-satellites (54) à ladite voie de transmission. 2) Groupe motopropulseur selon la revendication 1 dans lequel le groupe comprend un autre train épicycloïdal (74) reliant le train épicycloïdal de moteur (24) à l'essieu, caractérisé en ce que l'accouplement unidirectionnel (64) est placé entre le porte-satellites (54) et une bague dentée (68) engrenant avec un bandeau denté (70) de l'autre train épicycloïdal (74). 3) Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bandeau denté (70) est porté par la couronne (72) de l'autre train épicycloïdal (74). 4) Groupe motopropulseur selon la revendication 1 dans lequel le groupe comprend un autre train épicycloïdal (74) reliant le train épicycloïdal de moteur (24) à l'essieu, caractérisé en ce que l'accouplement unidirectionnel (64) est placé entre une couronne dentée (146) engrenant avec un bandeau denté (148) porté par le porte-satellite (54) et un bandeau (80) de l'autre train épicycloïdal (74). 5) Groupe motopropulseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bandeau denté (148) est porté par le porte-satellites (54) du train épicycloïdal de moteur (24). 6) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accouplement unidirectionnel est une roue libre (64). 7) Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les accouplements comprennent des synchroniseurs (26, 28) contrôlés par des moyens de commande (140, 145). 8) Groupe motopropulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce que les moyens de commande comprennent une commande unique (140) reliant en translation les deux synchroniseurs (26, 28). 9) Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'un des synchroniseurs est un synchroniseur à double effet (26). 10) Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 9.15