Brevet FR2820170A1 — publié le 20020802

La présente invention concerne un démarreur de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un démarreur du type dans lequel un lanceur est mobile axialement sur un tronçon avant d'un arbre moteur du démarreur entre une position reculée de repos et une position avancée d'engrènement dans laquelle un pignon du lanceur engrène avec une couronne dentée d'un volant du moteur thermique du véhicule. Lors du démarrage, le moteur thermique présente un couple résistant élevé, surtout à froid, pendant sa phase d'entraînement par le démarreur, avant les premières explosions. Le couple moteur fourni par un démarreur est donc démultiplié par un engrenage constitué d'un pignon solidaire en rotation de l'arbre du démarreur et d'une couronne solidaire du vilebrequin du moteur thermique. Une fois le moteur thermique démarré, le pignon est désengagé de la couronne. Dans le cas contraire le pignon serait entraîné en permanence à des vitesses de rotation élevées provoquant des bruits importants et entraînant une usure excessive. Le pignon a donc la possibilité de coulisser axialement le long de l'arbre du démarreur, la transmission du couple moteur étant assurée par un moyeu cannelé. Ce dernier comporte également un système de "roue libre" à galets pour éviter une vitesse de rotation excessive de l'induit du moteur électrique du démarreur durant la phase transitoire de fonctionnement au cours de laquelle le moteur thermique monte en régime. L'ensemble pignon-roue libre-moyeu-entraîneur cannelé constitue le lanceur du démarreur. Le mouvement axial du lanceur est assuré, au moyen d'un levier, par le mouvement axial du noyau mobile du contacteur électromagnétique du démarreur qui assure aussi la mise sous tension du démarreur. Les différentes phases du démarrage peuvent donc être décrites ainsi : - mise sous tension du contacteur par la clé de contact ; - engagement du pignon dans la couronne et mise sous tension du moteur électrique du démarreur ; - entraînement en rotation de la couronne par le démarreur, puis démarrage du moteur thermique ; - fonctionnement en roue libre du lanceur, la couronne du moteur thermique ayant une vitesse plus importante que celle fournie par le démarreur ; - relâchement de la clé de contact, retour en position repos du contacteur, et désengagement du pignon de la couronne. Lors du mouvement axial d'engagement du pignon dans la couronne en vue de leur engrènement mutuel, les positions relatives des dents du pignon et de la couronne peuvent ne pas correspondre. On se trouve alors dans une situation dite de"dent contre dent" dans laquelle le pignon ne peut pas terminer sa course axiale sans qu'un mouvement de rotation permette aux dents de se remettre en position correcte. Cette rotation va être provoquée par la mise sous tension du moteur électrique du démarreur, c'est à dire par la mise en rotation de l'induit. C'est pourquoi le levier assurant le mouvement axial du lanceur est relié au noyau du contacteur par un ressort qui, en cas de situation de"dent contre dent", se comprime en permettant au noyau du contacteur de terminer sa course et d'assurer la mise sous tension du moteur électrique du démarreur. Mais, dans ce cas, on comprend que (l'induit commençant à tourner) les dents du pignon retrouvent une position correcte vis-à-vis de la couronne et le pignon s'engage axialement dans la couronne en transmettant le couple de l'induit, avant d'être arrivé au bout de sa course axiale. L'effort résistant du frottement au niveau des dents du pignon et de la couronne qui sont en contact va très rapidement être supérieur à la poussée axiale du levier qui bloque le mouvement axial du pignon. Dans ces conditions, la portée de la denture étant réduite, il va en résulter une usure excessive pouvant même entraîner un phénomène d'éjection du pignon hors de la couronne aussi appelé phénomène de"fraisage". Dans la conception actuelle du démarreur, ce phénomène est évité en utilisant des cannelures hélicoïdales pour la liaison coulissante et en rotation du lanceur à l'arbre du démarreur. Le sens d'inclinaison de ces cannelures, déterminé en fonction du sens de rotation, est tel que le couple moteur fourni par l'induit produise une poussée axiale sur le lanceur et donc sur le pignon qui va lui permettre de terminer sa course axiale et qui va le maintenir engagé dans la couronne. Cette poussée axiale correspond à la force Fac de la figure 2 à laquelle on se reportera, les forces au niveau des cannelures et du pignon ayant été décomposées. L'inconvénient de cette solution résulte du fait que, durant la phase transitoire après la mise sous tension du contacteur, le pignon n'a plus seulement un mouvement axial mais également un mouvement de rotation créé par les cannelures hélicoïdales. La mise en rotation de l'inertie du lanceur crée un surcroît d'effort résistant qui retarde le mouvement axial du pignon et augmente le décalage avec le déplacement du noyau mobile du contacteur. Ceci aggrave les risques de rotation de l'induit avant que le pignon ne soit suffisamment engagé dans la couronne. D'autre part, pour des raisons de coût, et compte tenu de son temps de fonctionnement réduit, l'engrenage pignon- couronne est réalisé avec une denture droite, c'est-à-dire que les flancs de dent sont parallèles à l'axe de révolution de la pièce, de qualité géométrique médiocre. Pour éviter les risques de coincement, voire de grippage, cela oblige à adopter un jeu de fonctionnement important. Par contre cela nuit considérablement à la continuité d'engrènement et par conséquent accroît de manière importante le niveau sonore du démarreur durant les différentes phases du démarrage, et l'usure des flancs de dent. Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un démarreur, caractérisé en ce que le pignon du lanceur est à denture hélicoïdale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le sens de l'hélice du pignon de lanceur est choisi de manière à appliquer au pignon une poussée axiale vers l'avant lors de la transmission à la couronne dentée du couple fourni par le moteur électrique du démarreur. Grâce à l'invention, les poussées axiales agissant sur le lanceur et donc sur le pignon du lanceur sont toutes dirigées dans le même sens, vers l'avant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le rapport de conduite de l'engrenage constitué par le pignon hélicoïdal et la couronne est supérieur ou égal à 1,5 ; - le lanceur comporte une douille arrière qui est solidaire en rotation de l'arbre moteur par l'intermédiaire de cannelures hélicoïdales dont le sens de l'hélice est opposé à celui de l'hélice du pignon du lanceur ; - le lanceur comporte une douille arrière qui est solidaire en rotation de l'arbre moteur par l'intermédiaire de cannelures droites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue, en section axiale partielle, d'un démarreur selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle du lanceur du démarreur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure et qui illustre un lanceur réalisé conformément aux enseignements de l'invention. Dans la suite de la description oh utilisera une orientation d'avant en arrière correspondant à l'orientation de gauche à droite conformément à la figure 1. Un démarreur 10 selon l'état de la technique est illustré à la figure 1. Il comporte un châssis de démarreur dont l'élément principal est un nez de démarreur 12 situé à l'avant et est réalisé sous la forme d'une pièce moulée. Un actionneur électromagnétique 14 et un moteur électrique 16 sont fixés à l'arrière du nez 12. Le moteur électrique 16 comporte notamment un carter 18 et un arbre d'induit dont la partie avant permet de transmettre, directement ou indirectement par exemple par l'intermédiaire d'un réducteur à train épicycloïdal, un mouvement de rotation à un arbre de sortie 20 dont le tronçon d'extrémité libre avant 22 est reçu dans un palier 24 situé dans le nez du démarreur 12. L'arbre d'induit et de sortie 20 peut donc être confondu dans certaines réalisations. L'actionneur électromagnétique 14 et le moteur électrique 16 sont fixés au nez de démarreur 12 par des vis longitudinales de fixation 26 et 28. Un lanceur avant 30 coulisse axialement sur un tronçon intermédiaire cannelé 31 de l'arbre de sortie 20 entre une position avant d'engrènement et une position arrière de repos. Le coulissement axial du lanceur avant 32 est réalisé par un levier d'actionnement 34 pivotant dont la commande est assurée par l'actionneur électromagnétique 14. L'actionneur électromagnétique 14 est d'une structure connue, qui ne sera pas décrite en détail et permet, outre l'alimentation en énergie électrique du moteur électrique 16 par un système 36 appelé contacteur, de provoquer le pivotement du levier d'actionnement 34 par l'intermédiaire d'un organe de sortie 38 dont l'extrémité libre avant porte une goupille transversale 40 qui est reçue dans une rainure formée à l'extrémité supérieure du levier d'actionnement 34. L'organe de sortie 38 est attelé au noyau mobile (non référencé) du contacteur par un ressort (non référencé) permettant, en cas de situation"dent contre dent", au noyau mobile de déterminer sa courbe pour former le contact du système 36 et alimenter le moteur 16. Le levier d'actionnement 34 est réalisé en matière plastique et il est monté pivotant autour d'un axe géométrique perpendiculaire au plan de la figure 1 contenant l'axe de rotation de l'arbre d'induit du moteur électrique 16, ainsi que l'axe de l'actionneur électromagnétique 14. La partie inférieure 42 du levier d'actionnement 34 présente une forme de fourche qui coopère avec une portée de commande 44 du lanceur 32 et est adaptée à être retenue par une plaque (non référencée) solidaire de l'extrémité arrière du lanceur 32. En se reportant plus particulièrement à la figure 2, on voit que le lanceur 32 comporte un organe arrière d'entrée 46 en forme de douille cannelée intérieurement par des cannelures hélicoïdales 48 qui entraîne, par l'intermédiaire de la roue libre 50 à galets 52, un organe de sortie dont l'extrémité avant est un pignon de lanceur 54 à dentures droites 56. L'organe 46 est solidaire de la cage de la roue libre. Le pignon de lanceur 54 est prévu pour coopérer avec les dents complémentaires d'une couronne 58, représentée en silhouette à la figure 1, liée en rotation au vilebrequin du moteur à combustion équipé du démarreur 12. Les galets interviennent entre la cage de la roue libre 50 et un prolongement arrière du pignon 54. Conformément aux enseignements de l'invention, et comme cela est représenté à la figure 3, la denture 56 du pignon 54, ainsi bien entendu que la denture complémentaire de la couronne 58, est une denture hélicoïdale. L'invention consiste donc à utiliser, pour l'engrenage pignon 54-couronne 58, une denture hélicoïdale dont le sens d'inclinaison, choisi en fonction du sens de rotation du moteur, soit tel que le pignon 54 soit "aspiré" axialement par la couronne 58 lors de la transmission du couple fourni par le moteur 16 du démarreur 12. Soit : M (N. m) : le couple moteur fourni par le démarreur 12 mp : le module normal de la denture du pignon 54 Zip le nombre de dents 56 du pignon 54 ap l'angle de pression de la denture du pignon 18P l'angle d'hélice de la denture du pignon /M *Z du =, : le diamètre primitif du pignon cos fp : le coefficient de frottement de denture mec : le module normal des cannelures Oc : le nombre de dents des cannelures a, : l'angle de pression des cannelures Pc : l'angle d'hélice des cannelures m *Z =--- : ! e diamètre primitif du pignon cos'a, Je : le coefficient de frottement des cannelures A la figure 3, on a, comme à la figure 2, décomposé les forces au niveau des cannelures 48 et du pignon 54. On voit qu'une force Fac axiale existe au niveau du pignon. Cette force est opposée à la force axiale Ffp de la figure 2 et dans le même sans que la force axiale Fac au niveau des cannelures. Plus précisément, sous l'effet du couple moteur fourni par le démarreur, le pignon est soumis à une poussée axiale : Cette force, ajoutée à la poussée du levier , doit vaincre les frottements dans les cannelures et dans la denture. Cette condition s'écrit : Si l'on compare une solution avec denture droite (ssp = 0) et une solution avec denture hélicoïdale, il est aisé de constater que la poussée axiale augmente beaucoup plus vite que les frottements. Par exemple : avec un arbre canneté Z =9 ; mc =1. 5 ; ac =300 ; ssc =250, pour /, =0. 19 ;/, =0. 16 avec un pignon à denture droite Z, =9 ;/ =2. 203 ; ap =200 on obtient Fa = 120N pour un couple moteur de 10Nm avec un pignon à denture hélicoïdale Zp =9 ; mi =2 ; &alpha;p = 1.283 ; ssp = 24.806 (dans le plan apparent, perpendiculaire à l'axe de révolution, la denture est identique à la denture droite ci-dessus), on obtient Fa-Fj =545N pour un couple moteur de 10Nm. Ou encore, si l'on voulait obtenir le même résultat F-F =120N on aurait un arbre cannelé avec =6.87 ce qui améliore le comportement transitoire de démarreur. En ce qui concerne le niveau sonore de l'appareil, on a vu précédemment qu'il dépendait de la continuité d'engrènement. Cette notion s'apprécie au moyen du rapport de conduite #&alpha;. Plus ce paramètre est grand, meilleure est la continuité d'engrènement. Là encore, la comparaison entre la denture droite et la denture hélicoïdale est nettement en faveur de cette dernière, puisque le rapport de conduite de la denture hélicoïdale correspond au rapport de conduite de la denture droite augmenté du rapport de recouvrement qui est un paramètre dépendant de la largeur de denture et de l'angle d'hélice. Ainsi dans l'exemple précédent, pour une largeur de denture de 9mm, le rapport de recouvrement est de 0,6. Sachant qu'avec un pignon à neuf dents le rapport de conduite est généralement compris entre 1,00 et 1,15. Avec une denture hélicoïdale il est compris entre 1,6 et 1,75, ce qui représente un amélioration importante. Outre la réduction du niveau sonore, l'invention permet une réduction du dimensionnement du circuit magnétique et du bobinage du contacteur, ainsi qu'une diminution de la force du ressort dit"dent contre dent"agissant entre le noyau mobile et l'organe de sortie 38 du contacteur ce qui permet de réduire les usures. Cela provient du fait que les forces axiales Fac et Fap agissant sur le lanceur 32 s'ajoutent et sont dirigées vers l'avant. REVENDICATIONS 1. Démarreur (10) de véhicule automobile, du type dans lequel un lanceur (32) est mobile axialement sur un tronçon avant (20) d'un arbre moteur du démarreur (10) entre une position reculée de repos et une position avancée d'engrènement dans laquelle un pignon (54) du lanceur (32) engrène avec une couronne dentée (58) d'un volant du moteur thermique du véhicule, caractérisé en ce que le pignon (54) du lanceur (32) est à denture (56) hélicoïdale. 2. Démarreur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le sens de l'hélice du pignon (54) de lanceur est choisi de manière à appliquer au pignon (56) une poussée axiale vers l'avant lors de la transmission à la couronne dentée (58) du couple fourni par le moteur (16) électrique du démarreur. 3. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de conduite de l'engrenage constitué par le pignon hélicoïdal et la couronne est supérieur ou égal à 1,5. 4. Démarreur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lanceur (32) comporte une douille arrière (46) qui est solidaire en rotation de l'arbre moteur (20) par l'intermédiaire de cannelures hélicoïdales (48) dont le sens de l'hélice est opposé à celui de l'hélice du pignon (54) du lanceur (32). 5. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le lanceur (32) comporte une douille (46) arrière qui est solidaire en rotation de l'arbre moteur (20) par l'intermédiaire de cannelures droites.