BTS MCI - session 2015 - Eduscol

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR MOTEURS À COMBUSTION INTERNE Session 2015 E 4 - ÉTUDE DES CONSTRUCTIONS
Durée : 6 heures - Coefficient : 4 Documents et matériels autorisés : - Guide du dessinateur (ou documents équivalents)
- Matériel du dessinateur (té, équerre, compas, ...) Moyens de calculs autorisés : Calculatrice électronique de poche, y compris calculatrice programmable et
alphanumérique à fonctionnement autonome, non imprimante, conformément à la
circulaire N° 99-186 du 16 novembre 1999. Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu'il soit complet.
Le sujet comporte 21 pages numérotées de la façon suivante : - Page de garde : 1 page
- Dossier technique : de 1 à 11
- Dossier d'étude : de 12 à 17
- Dossier des documents réponse : de 18 à 21 Les candidats rédigeront les réponses aux questions posées sur feuilles de
copie ou, lorsque cela est indiqué sur le sujet, sur les documents réponse
prévus à cet effet. Tous les documents réponse sont à remettre en un seul exemplaire en fin
d'épreuve. DOSSIER TECHNIQUE Ce dossier contient 10 documents numérotés de DT1 à DT10 DT1 : Présentation du système Hybride page
2/21
DT2 : Plan d'ensemble de la transmission de puissance
page 3/21 DT3 : Schéma cinématique de la transmission 1ère
génération page 4/21
DT4 : Principe de fonctionnement du système Hybride page
5/21
DT5 : Fonctions de service page
6/21 DT6 : Caractéristiques du véhicule Hybride
page 7/21
DT7 : Caractéristiques de la chaîne silencieuse page
8/21
DT8 : Schéma cinématique de la transmission 3ème génération
page 9/21
DT9 : Équilibre statique de l'arbre 8+9 et Guidage en rotation
page 10/21
DT10 : Liaison moyeu cannelé page
11/21
TECHNOLOGIE HSD DU VÉHICULE HYBRIDE I - Présentation du système et de ses modes de fonctionnement 1.1 - Introduction
Dans le contexte actuel d'économie des énergies fossiles et de réduction
des émissions de gaz nocifs, le système de propulsion hybride constitue
une alternative intéressante à la propulsion classique par moteur
thermique seul car il permet de réduire la consommation.
La spécificité de la solution retenue sur la Prius consiste à :
. récupérer l'énergie du véhicule lors du freinage ;
. exploiter le moteur thermique à son rendement optimal.
1. 2 - Architecture du système hybride HSD 1ère génération
Comme le montre la figure ci-dessous, la technologie hybride de Toyota,
nommée HSD (Hybrid Synergy Drive), associe un moteur thermique à essence
et sa transmission à deux machines électriques et une batterie de
puissance.
Le schéma de principe ci-dessous met en évidence les deux machines
électriques (le moteur électrique et la génératrice) reliées au moteur
thermique par un train épicycloïdal.
DT1
Ensemble de la transmission de puissance 1ère génération
Figure 2 Schéma cinématique de la transmission de puissance 1ère génération
[pic]
Caractéristiques de la transmission :
Train épicycloïdal : Pignon 2 lié à la génératrice GE Z2
= 20 dents ;
4 satellites rep 4 Z4= 16 dents ;
Couronne 3 liée au Moteur électrique ME Z3= 52 dents ;
Porte satellite 1 lié au moteur Thermique MT.
Transmission : 5 : pignon moteur pour chaine Z5 = 36 dents
pas 1/2" ;
6 : pignon récepteur pour chaine Z6 =35 ;
7 : roue dentée Z7 =30 ; mn=2.5 (=20° ;
8 : roue dentée Z8 =44 ;
9 : pignon arbré Z9 =26 ; mn= 3 ; (= 18° ;
10 : couronne différentiel Z10= 75 ;
11 : satellite différentiel ;
12 : arbre de sortie roue gauche ;
13 : arbre de sortie roue droite. DT3
1. 3 - Principe de fonctionnement
À partir de la position de la pédale d'accélérateur et de la vitesse du
véhicule, le calculateur détermine la vitesse de rotation optimale du
moteur thermique et la consigne d'ouverture du papillon des gaz. La
puissance en sortie du moteur thermique est transmise, grâce à un train
épicycloïdal, à la chaîne silencieuse et à la génératrice.
Un asservissement en vitesse de la génératrice permet de contrôler la
vitesse de rotation du moteur thermique. Le répartiteur de puissance gère
les échanges de puissance électrique entre la génératrice, le moteur
électrique et la batterie.
Le moteur électrique entraîne la chaîne silencieuse, seul ou en
complément du moteur thermique. Il récupère également l'énergie
cinétique ou potentielle du véhicule lors des phases de ralentissement.
Les chaînes d'énergie et d'information permettent de percevoir
l'organisation des différents composants du HSD.
1.4 - Présentation des modes de fonctionnement
La gestion optimale des modes de fonctionnement du système hybride permet
d'optimiser la consommation d'énergie chimique. La vitesse du moteur
thermique est asservie (par le biais d'un asservissement de la vitesse de
la génératrice) à des valeurs optimales définies par le calculateur.
Le moteur est ainsi exploité à son rendement maximal.
Tableau 1
|Mode |Commentaires |
| | |
|Mode 1 : |Le moteur électrique entraîne le véhicule en puisant |
|tout électrique |l'énergie électrique dans la batterie. |
| |Le moteur thermique est généralement arrêté. |
| | |
| |Le moteur thermique entraîne le véhicule. La puissance du|
|Mode 2 : |moteur thermique en fonctionnement se répartit dans le |
|hybride |train épicycloïdal entre |
| |. la puissance directement transmise aux roues ; |
| |. la puissance transmise à la génératrice qui recharge |
| |la batterie. |
| | |
|Mode3 : |Le moteur électrique, entraîné par le véhicule, récupère |
|récupération |une partie de l'énergie cinétique et la convertit en |
|d'énergie |énergie électrique qui recharge la batterie. |
| | |
|Mode 4 : |Le moteur électrique et le moteur thermique entraînent le|
|mode mixte |véhicule, lors de fortes accélérations. Dans ce mode, le |
| |moteur électrique est alimenté non seulement par |
| |l'énergie délivrée par la génératrice mais aussi par la |
| |batterie. |
DT4
1.5 - Caractérisation des fonctions de service en phase d'utilisation
Le Cahier des Charges, tableau 2, caractérise les fonctions de service du
système HSD . Tableau 2 |Fonctions de service |Critères |Niveaux |
|FS1 : permettre au |Réduction de la consommation | |
|combustible d'entraîner le |par rapport aux véhicules | |
|véhicule |traditionnels comparables |40% |
| |Consommation en cycle mixte |4,3 litre aux 100 |
| | |km |
| |Vitesse maximale |170 km/h |
| |Temps d'accélération de 0 à |10,9 s |
| |100 km/h | |
| |Temps d'accélération de 50 à |4,4 s |
| |80 km/h | |
| |Puissance maximale du système|110 kW à 85 km/h |
| |hybride | |
|FS2 : respecter |Réduction des émissions |40% en dessous des|
|l'environnement |nocives de CO2 |normes européennes|
|FS3 : être commandé par le |Positions du sélecteur |PM / MA / Mar |
|conducteur |Enfoncement des pédales |Accélérateur / |
| | |frein |
|FS4 : s'adapter à la |Vitesse de passage du mode | |
|vitesse du véhicule |tout électrique au mode |50 km/h |
| |hybride (démarrage du moteur | |
| |thermique) | |
|FS5 : alimenter en énergie |Puissance maximale absorbée | |
|les composants auxiliaires |par les « consommateurs » |4 kW maxi |
| |d'énergie (climatisation, | |
| |direction assistée, | |
| |confort,...) | |
|FS6 : récupérer l'énergie |Pourcentage de l'énergie |70% |
|cinétique