FR2974036A3 - Groupe hybride a vibrations reduites pour vehicule automobile - Google Patents

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Matthieu Mouvet
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Renault SAS
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Abstract

L'invention propose un groupe hybride (10) comportant, d'amont en aval, un vilebrequin et des parties mobiles (15) en rotation d'un moteur thermique (14), un volant d'inertie (16) lié au vilebrequin, un train épicycloïdal (18) comportant au moins une couronne (20), au moins un satellite (23), et un planétaire (22), et une machine électrique (26) comportant un rotor (30), chacun desdits éléments (15, 16, 20, 23, 24) présentant une inertie en rotation et une vitesse relative déterminées rapportées à l'axe (X) du vilebrequin, un stator (32) de la machine électrique étant lié au carter (28) du groupe hybride, caractérisé en ce que la couronne (20) est liée au volant d'inertie (16), au moins un porte-satellite (22) est lié au carter (28), le planétaire (24) est lié au rotor (30) et en ce que les éléments (15, 16, 20, 24, 23, 30) sont dimensionnés de manière que la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments soit nulle ou minorée pour réduire les vibrations provoquées par le moteur thermique (14).

Description

i "Groupe hybride à vibrations réduites pour véhicule automobile" L'invention concerne un groupe hybride pour un véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un groupe hybride comportant au moins un groupe motogénérateur pour un véhicule automobile comportant des éléments rotatifs dont, d'amont en aval, le vilebrequin et les parties mobiles d'un moteur thermique, un volant d'inertie lié au vilebrequin, un train io épicycloïdal comportant au moins une couronne, au moins un porte-satellite, au moins un satellite et un planétaire, et une machine électrique comportant un rotor, chacun desdits éléments présentant une inertie en rotation rapportée à l'axe d'un vilebrequin du moteur thermique, et 15 tournant à une vitesse relative déterminée par rapport audit vilebrequin du moteur thermique, les couronne, porte-satellite, satellite et planétaire du train épicycloïdal étant liés au volant d'inertie, à un carter du groupe hybride et au rotor de la machine électrique, 20 un stator de la machine électrique étant lié au carter du groupe hybride. On connaît de nombreux groupes hybrides de ce type, qu'il s'agisse de groupes hybrides motogénérateurs, ou de groupes motopropulseurs accouplés par l'intermédiaire d'une transmission 25 à une roue d'un véhicule automobile. Dans un tel groupe hybride, les éléments rotatifs axiaux de la chaîne cinématique sont soumis à des vibrations selon la direction transversale qui sont provoquées par les forces transversales qu'exercent les pistons et les bielles du moteur 30 thermique sur le vilebrequin et le carter du moteur. Ces vibrations sont préjudiciables au silence de fonctionnement du moteur. Dans le cadre d'une utilisation en motogénérateur, il est par ailleurs connu de faire fonctionner le moteur thermique selon 2 une vitesse de rotation particulière correspondant au meilleur rendement dudit moteur. De ce fait, les différents éléments rotatifs de la chaîne cinématique tournent eux aussi à une vitesse déterminée.
L'invention propose de tirer parti de cette configuration pour proposer un équilibrage en rotation du groupe motogénérateur, équilibrage destiné à réduire les vibrations provoquées par le moteur thermique pour une vitesse déterminée de celui-ci. io Dans ce but, l'invention propose un groupe hybride du type décrit précédemment, caractérisé en ce que : - la couronne du train épicycloïdal est liée au volant d'inertie, - au moins un porte-satellites du train épicycloïdal est lié 15 au carter du groupe hybride, - le planétaire du train épicycloïdal est lié au rotor de la machine électrique, et en ce que les éléments sont dimensionnés de manière que la somme algébrique des produits des inerties de rotation par 20 les vitesses relatives de tous les éléments soit nulle ou minorée pour réduire les vibrations provoquées par le moteur thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la machine électrique est pilotée pour limiter les fluctuations de vitesse du groupe motogénérateur, 25 - le rotor de la machine électrique est de surcroît accouplé par l'intermédiaire d'un moyen d'embrayage à une transmission liée aux roues d'un véhicule automobile pour former un groupe motopropulseur, - le moyen d'embrayage est piloté et comporte un coupleur 30 à glissement piloté et/ou un simple ou double embrayage piloté, pour limiter les fluctuations de couple du groupe moto-générateur, - un embrayage supplémentaire est interposé entre le train épicycloïdal et le moteur thermique, pour permettre d'accoupler le 3 moteur thermique seulement au-dessus d'une vitesse déterminée de rotation de la transmission, - le volant moteur comporte la couronne du train épicycloïdal, - le rotor de la machine électrique comporte le planétaire du train épicycloïdal. - le rotor de la machine électrique comporte le planétaire du train épicycloïdal et le moyen d'embrayage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention io apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un groupe hybride selon un premier mode de réalisation de l'invention 15 formant motogénérateur ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un groupe hybride selon un second mode de réalisation de l'invention formant motopropulseur ; Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence 20 identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Dans la description et les revendications qui suivent, on utilisera à titre non limitatif les expressions telles que orientations "axiale", et "radiale" en référence au trièdre (X, Y, Z) représenté 25 aux figures et aux définitions données dans la description. On a représenté sur les figures 1 et 2 un groupe hybride 10 pour véhicule automobile. De manière connue le groupe hybride 10 comporte au moins un groupe motogénérateur 12 comportant des éléments 30 rotatifs dont, d'amont en aval, un moteur thermique 14 comportant un vilebrequin et des parties mobiles en rotation 15, un volant d'inertie 16 lié au vilebrequin, un train épicycloïdal 18 comportant une couronne 20, au moins un porte-satellites 22, au moins un satellite 23, un planétaire 24, et une machine électrique 26.
De manière connue, chacun desdits éléments 15, 16, 18, 20, 23, 24 présentant une inertie associée I15, 116, I20, I23, I24 en rotation rapportée à l'axe X d'un vilebrequin du moteur thermique 14, et tournant à une vitesse relative n15, n16, n2o, n23, n24 déterminée par rapport audit vilebrequin du moteur thermique 14.
De manière connue, les couronne 20, porte-satellite 22, satellite 23 et planétaire 24 du train épicycloïdal 18 sont liés au
io volant d'inertie 16, à un carter 28 du groupe motopropulseur et au moins un rotor 30 de la machine électrique 26.
Par ailleurs un stator 32 de la machine électrique 26 est lié au carter 28 du groupe hybride.
D'une manière générale, l'équation du mouvement du corps 15 du moteur thermique 14 suivant l'axe axial X s'écrit : L nx lx Eléments-en-rotation Eléments-en-rotation
où IXX désigne l'inertie totale de la chaîne cinématique, 0 son accélération angulaire, CHi(Gaz+Inertie)le couple résultant des forces de 20 combustion, nX la vitesse relative (sans unité) par rapport au vilebrequin de chaque élément de référence x en rotation et IX son inertie en rotation selon l'axe X. Plus particulièrement, si l'on applique cette relation au groupe hybride 10, il vient : 25 I X 0 --CHi(Gaz+Inertie) X 2 nx Ix 115 +116+120+N23Xn232XI22+n242X124+n30 XI20 I X 0 = -CHi(Gaz+Inertie) X I15+116+I20+N23Xn23XI22+n24XI24+n30XI30 I15 désignant l'inertie des parties mobiles 15 du moteur, telles qu'un vilebrequin ou un attelage mobile, et N23 désignant le 30 nombre de satellites du train épicycloïdal. 15 On remarquera que ces parties tournantes 15, le volant d'inertie 16 et la couronne 20 tournant à la même vitesse, elles ont par conséquent une vitesse relative de valeur égale à 1. Dans ce cas, le mouvement selon l'axe de rotation X sera annulé si la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments est nulle, c'est-à-dire si : 115 + 116 + 120 + N23 X 1123 X 123 + 1124 X 124 + 1130 X 130 = 0 De même le mouvement selon l'axe de rotation X sera réduit de manière significative, voire annulé si la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments est minorée, c'est à-dire si : I15+I16+I20+N23Xn23XI22+n24XI24+1130X130 1 =ket k <_ I15 +I16+I20+N23X'"L32X122+11242X124+11302X130 2 Pour que cela soit possible, il est nécessaire que la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses 20 relatives de tous les éléments puisse être annulée ou réduite, et ceci n'est possible que si certains produits peuvent être retranchés d'autres, et par conséquent que certains termes de certains produits soit de signes négatifs. Aussi, une première condition essentielle de l'invention est 25 qu'une partie de la chaine cinématique soit entraînée en sens inverse de l'autre. A cet effet, conformément à l'invention, la couronne 20 du train épicycloïdal 18 est liée au volant d'inertie 16, au moins un porte-satellites 22 du train épicycloïdal 18 est lié au carter 28 du groupe-motopropulseur, et le planétaire 24 du 30 train épicycloïdal 18 est lié au rotor 30 de la machine électrique 26. Cette configuration permet d'entraîner toute la partie de la chaîne cinématique en aval du train épicycloïdal 18 en sens 6 inverse. Dans ce cas la valeur algébrique des produits des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives des planétaire 24 et rotor 26 de la machine électrique sont de signes négatifs et l'expression ci-dessus peut être annulée ou minorée.
On comprendra donc que, dans cette configuration, une seconde caractéristique essentielle de l'invention est que les éléments que sont les parties mobiles 15, le volant d'inertie 16, la couronne 20 du train épicycloïdal 18, les satellites 23 du train épicycloïdal 18, et le planétaire 24 du train épicycloïdal 18, et le io rotor 30 de la machine électrique 26, sont dimensionnés de manière que, pour une vitesse de rotation déterminée du moteur, la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments soit nulle ou minorée pour réduire les vibrations provoquées par le moteur thermique. 15 Le détail du calcul permettant ce dimensionnement ne sera pas explicité plus en détail dans la suite de la présente description, car une infinité de solutions sont possibles. Pour parvenir à ce résultat, il faut d'une part choisir les inerties de chacun de ces éléments, ce qui implique une action sur le 20 dimensionnement des éléments. Il est également possible d'adapter les vitesses relatives des éléments les uns par rapport aux autres, et cette adaptation se fera par un choix judicieux du nombre de dentures de la couronne 20, de chaque porte-satellites 22 et satellite 23 du train 25 épicycloïdal 18, et du planétaire 24 du train épicycloïdal pour déterminer le rapport de réduction du train épicycloïdal 18. Outre une forte diminution des vibrations, cette configuration présente l'avantage de permettre une réduction de la taille et de la masse de la machine électrique 26 dont le 30 dimensionnement dépend du couple absorbé, qui est ici diminué du fait d'une meilleure adaptation en vitesse. 25 7 Cette configuration permet aussi d'améliorer le rendement de la machine électrique 26 du fait d'une meilleure adaptation en vitesse. Cette configuration permet encore d'améliorer le rendement du moteur thermique du fait de la possibilité à présent offerte de le faire fonctionner suivant des plages de vitesses de rotation qui étaient jadis exclues du fait du de la présence de vibrations. Cette configuration apporte aussi un gain de fiabilité au Io moteur 14 du fait de la suppression des efforts radiaux dans les paliers, notamment ceux du vilebrequin. Avantageusement, la machine électrique 26 peut être pilotée pour limiter les fluctuations de vitesse du groupe motogénérateur 10. 15 Selon un second mode de réalisation de l'invention le groupe hybride 10 fonctionne en groupe motopropulseur 13. Ainsi le rotor 30 de la machine électrique 26 peut de surcroît être accouplé par l'intermédiaire d'un moyen d'embrayage 34 à une transmission 36 liée aux roues 38 du véhicule. 20 Dans cette configuration, les équations précédemment décrites s'appliquent à l'ensemble de la chaine cinématique et s'écrivent : IXX x = -CH1(Gaz+Ine1'[10) x 115+116+120+3X1123XI22+1124"'24+1130X130+1134X134+1136X136+1138X138 115+116+120+N23XM.23 x122+11'242 24 x124+1130 XI30+1134 '"34+1136 XI36+1138 XI38 Dans ce cas, le mouvement en rotation selon l'axe X sera annulé si la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments est nulle, c'est-à-dire si :
30 I15 + I16 + I20 + N Xn23XI23+n24XI24+n30XI30+n34X134+n36XI36+n38XI38=0 8 De même le mouvement en rotation selon l'axe X sera réduit de manière significative, voire annulé si la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les éléments est minorée, c'est-à-dire si
115+116+120+23X1123XI22+1124XI24+1130X130+1134X134+1136X136+1138X138 = k et k < 1 115+116+120+N23 X11232XI22+1124 x124+11302XI30+1134 XI34+1136 XI36+1138 XI38 2 De préférence, dans ce second mode de réalisation de l'invention le moyen d'embrayage 34 est piloté. En particulier, il peut comporter un coupleur à glissement piloté et/ou un double embrayage piloté (non représentés), destinés à limiter les fluctuations de couple du groupe moto-générateur 12.
On remarquera que dans cette dernière configuration, en variante, un embrayage supplémentaire (non représenté) peut être interposé entre le train épicycloïdal 18 et le moteur thermique 14, d'un côté ou de l'autre du volant d'inertie 16, pour permettre d'accoupler le moteur 14 seulement au-dessus d'une vitesse déterminée de rotation de la transmission. Cette architecture coaxiale permet un nombre déterminé d'intégrations permettant d'améliorer la compacité du groupe hybride 10. En particulier, le volant d'inertie 16 peut comporte la couronne 20 du train épicycloïdal 18. De même, le rotor 30 de la machine électrique 26 peut comporter le planétaire 24 du train 18 épicycloïdal. Le rotor 30 de la machine électrique peut comporter le planétaire 24 du train épicycloïdal 18 et le moyen 34 30 d'embrayage. L'invention permet donc de réduire les vibrations radiales d'un groupe hybride 10 de manière simple et efficace et d'améliorer ainsi la fiabilité d'un tel groupe.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Groupe hybride (10) comportant au moins un groupe moto-générateur (12) pour un véhicule automobile comportant des éléments rotatifs dont, d'amont en aval, un vilebrequin et des parties mobiles (15) en rotation d'un moteur thermique (14), un volant d'inertie (16) lié au vilebrequin, un train épicycloïdal (18) comportant au moins une couronne (20), au moins un porte-satellite (22), au moins un satellite (23) et un planétaire (22), et une machine électrique (26) comportant un rotor (30), io chacun desdits éléments (15, 16, 20, 23, 24) présentant une inertie en rotation rapportée à l'axe (X) d'un vilebrequin du moteur thermique, et tournant à une vitesse relative déterminée par rapport audit vilebrequin du moteur thermique (14), les couronne (20), porte-satellite (22), satellite (23) et 15 planétaire (24) du train épicycloïdal (18) étant liés au volant d'inertie (16), à un carter (28) du groupe hybride et au rotor (30) de la machine électrique (26), un stator (32) de la machine électrique étant lié au carter (28) du groupe hybride, 20 caractérisé en ce que : - la couronne (20) du train épicycloïdal (18) est liée au volant d'inertie (16), - au moins un porte-satellites (22) du train épicycloïdal (18) est lié au carter (28) du groupe hybride, 25 - le planétaire (24) du train épicycloïdal est lié au rotor (30) de la machine électrique (26), et en ce que les éléments (15, 16, 20, 24, 23, 30) sont dimensionnés de manière que la somme algébrique des produits des inerties de rotation par les vitesses relatives de tous les 30 éléments soit nulle ou minorée pour réduire les vibrations provoquées par le moteur thermique (14).
  2. 2. Groupe hybride (10) motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la machine i0 électrique (26) est pilotée pour limiter les fluctuations de vitesse du groupe moto-générateur (12).
  3. 3. Groupe hybride (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (30) de la machine électrique (26) est de surcroît accouplé par l'intermédiaire d'un moyen d'embrayage (34) à une transmission (36) liée aux roues (38) d'un véhicule automobile pour former un groupe motopropulseur (13).
  4. 4. Groupe hybride (10) motopropulseur selon la io revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen d'embrayage (34) est piloté et comporte un coupleur à glissement piloté et/ou un simple ou double embrayage piloté, pour limiter les fluctuations de couple du groupe motogénérateur (12).
  5. 5. Groupe hybride (10) motopropulseur selon l'une des 15 revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un embrayage supplémentaire est interposé entre le train épicycloïdal (18) et le moteur thermique (14), pour permettre d'accoupler le moteur thermique (14) seulement au-dessus d'une vitesse déterminée de rotation de la transmission (36). 20
  6. 6. Groupe hybride (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volant d'inertie (16) comporte la couronne (20) du train épicycloïdal (18).
  7. 7. Groupe hybride (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (30) de 25 la machine électrique comporte le planétaire (24) du train épicycloïdal (20).
  8. 8. Groupe hybride (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rotor (30) de la machine électrique comporte le planétaire (24) du train épicycloïdal (18) et le moyen 30 d'embrayage (34).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0941883A2 (fr) * 1998-03-10 1999-09-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Dispositif de propulsion hybride pour véhicule à moteur

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