Brevet FR2837532A1 — publié le 20030926

ou la compression dudit ressort. Démarreur équipé d'un lanceur accumulateu r de couple. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un démarreur électrique équipé d'un arbre de o sortie rotatif et dun lanceur pour l'entranement d'une couronne dentée du volant dun moteur à combustion de véhicule, ledit lanceur comportant: - un pignon pouvant coulisser axialement sur l'arbre de sortie rotatif entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne, et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne, - un dispositif de transmission à roue libre associé à un organe de commande. Etat de la technique Un démarreur de véhicule automobile comporte d'une manière classique un moteur électrique rotatif dont l'arbre de sortie est équipé d'un pignon mobile destiné à coopérer avec une couronne z dentée pour assurer le démarrage du moteur à combustion du véhicule. Le pignon est généralement monté à coulissement sur l'arbre du moteur entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne dentée, et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne, laquelle est liée en rotation au vilebrequin du moteur de véhicule. Un levier d'actionnement e st commandé par un contacteur, et coopère avec un lanceur à roue libre. En position active le pignon coopère avec une butée. Les documents FR 96 13016, FR 96 13015 et FR 96 09550 -publiés respectivement sous les numéros FR 2 754 857, FR 2 754 856 et FR 2 751 803- se rapportent à des dispositifs d'amortissement visant à o absorber les chocs et vibrations engendrés au cours du fonctionnement du démarreur. La fonction d'amortissément se traduit par une diminution de l'intensité des chocs reçus au niveau du lanceur. Ces dispositifs d'amortissement sont généralement constitués par des blocs amortisseurs en élastomère, dont le rôle est d'absorber de l'énergie pour la dissiper sous forme de frottement interne dépendant de la structure du matériau, et de f rottement externe entre les pièces en mouvement relatif. Sur ia figure 1 est représenté, v étant la vitesse et t le temps, le o cycle de compression et de décompression dans chacun des cylindres d'un moteur à combustion au cours du démarrage. La courbe N m(t) indique la vitesse du moteur thermique, et la courbe Nd(t) celle du démarreu r. Lors de la phase de compression dans un cylindre prédéterminé, le piston comprime le mélange d'air et de carburant, et la pression interne augmente progressivement jusqu'au Point Mort Haut appelé par la suite PMH. Il en résulte une force proportionnelle qui, par l'intermédiaire de la bielle et du vilebrequin, crée un couple résistant qui s'oppose au mouvement de compression. Le démarreur qui entrane le moteur thermique en rotation doit donc fournir un couple de plus en plus élevé jusqu'au PMH, ce qui se traduit par une décroissance de la vitesse d'entranement. Après passage du PMH, le cylindre entre en phase de décompression, au cours de laquelle la pression interne crce un couple moteur qui o accélère la vitesse de rotation du vilebrequin. Compte tenu des couples et des moments d'inertie respectifs du moteur thermique et du démarreur, I'accélération du vilebrequin est plus rapide que celle du pignon du démarreur. Le pignon se trouve donc entrané par le moteur thermique, et est entramé seul en survitesse suite à l'intervention de la roue libre entre le pignon et le moteur électrique du démarreur. Le moteu r thermique pou rsuit ensuite son mouvement d' accél érati on jusqu'au Point Mort Bas, appelé par la suite par PMB. Une phase de compression apparat dans le cylind re suivant de l'o rd re d' al l umage, o entramant un ralentissement du vileUrequin. Dans le même temps, le moteur électrique du démarreur, n'ayant plus de charge à transmettre, voit sa vitesse augmenter suivant les lois classiques de montée en régime à vide des moteurs électriques. Lorsque la vitesse du pignon devient égale à celle de l'arUre de sortie du démarreur, la s roue libre se bloque, et le démarreur fourni de nouveau un couple de rotation au moteur thermique. Le couple du cyiindre en compression fait ralentir le démarreur qui délivre un couple de plus en plus élevé jusqu'au PMH, et ainsi de suite jusqu'à l'apparition des premières explosions. On note qu'à partir de l'instant t1, la vitesse du moteur à combustion Nm et la vitesse du démarreur Nd sont différentes. Le démarreur est donc tantôt menant, tantôt mené. Au début de chaque période d'entranement, se produit un rattrapage des jeux angulaires, et du jeu axial entre le pignon et la butée. Ce rattrapage de jeu se traduit par un choc et une émission de bruit. De plus, la charge de l'engrenage pignon/couronne augmente jusqu'au PMH, et ces o variations de charge se traduisent également par une émission de bruit. Sur la figure 1, I'intervalle RL correspond à la période de roue lib re, et l' interval l e EN correspond à la période d'entramement. Objet de linvention L'objet de l'invention consiste à supprimer le rattrapage de jeu des éléments de transmission pour réduire le bruit du lanceur du démarreur durant la période d'entranement du moteur thermique. zo Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le lanceur est équipé d'un dispositif élastique en torsion agencé pour stocker de i'énergie pendant les phases de compression du moteur thermique, et la restituer pendant les phases de décompression. z Le rattrapage de jeu est évité, car la présence du ressort permet de maintenir en contact les flancs des dents du pignon contre les flancs de la couronne de démarrage. L'énergie est restituée lors des phases de décompression, contrairement aux dispositifs connus de l'art antérieur qui absorbent de l'énergie. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif élastique en torsion est logé entre le pignon et la roue libre, et comporte un ressort spirale entourant coaxialement l'arbre de sortie, en étant accroché entre un botier de la roue libre et un prolongement tubulaire du pignon. o Selon une caractéristique de l'invention, le ressort spirale est emprisonné dans un compartiment du botier au moyen d'un disque de fermeture solidaire du pignon. D'autres caractéristiques peuvent être utilisées seules ou en combinaison: - le disque de fermeture comporte au moins un secteur protubérant logé dans une découpe du botier, laquelle possède une largeur angulaire supérieure à l'angle du secteur pour que le débattement o angulaire du disque par rapport au bortier corresponde à la différence entre les deux angles; - le ressort est précontraint de manière à exercer un couple de rappel tendant à ramener le secteur du disque contre une butée du botier z pour obtenir un positionnement angulaire prédéterminé du pignon par rapport au botier lorsque le démarreur est à l'état de repos; le botier est doté d'un deuxième compartiment de logement des galets de la roue libre; - le botier est centré et guidé sur l'arbre de sortie par l'intermédiaire d'une bague autolubrifiante pour autoriser les mouvements rotatifs de translation et de rotation du lanceur. Description sommaire des dessins o D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non ilmitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente le cycle de compression et de décompression dans un cylindre de moteur à combustion au cours du démarrage; - la figure 2 est une demi-vue en coupe d'un lanceur de démarreur selon l'invention; - la figure 3 montre une vue en coupe du bortier du lanceur de la o figure 2; - la figure 4 est une vue de profil de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de ia figure 3; - la figure 6 montre une vue en perspective du ressort spirale constituant le dispositif élastique en torsion; z - la figure 7 représente une vue en élévation du disque de fermeture du botier du lanceur; - la figure 8 montre une vue en coupe de l'ensemble pignon et disque de fermeture; - la figure 9 illustre le couple engendré par le ressort spirale en fonction de la position relative du pignon par rapport au botier. Description d'un mode de réalisation préférentiel. En référence aux figures 2 à 8, le ianceur 10 comporte un pignon 12 et un dispositif de transmission à roue libre 14, laquelle est composée o d'un entrameur 16 et d'un botier 17 délimitant un logement pour des galets 1 9. L'entrarneur 16 est équipé de cannelures 16a hélicoldales coopérant avec des cannelures 1 6b complémentaires de l'arbre de sortie 18 destiné à être entramé en rotation par le moteur électrique du démarreur. Cet arbre 18 est dans une forme de réalisation d'un seul tenant avec l'arUre de sortie du moteur électrique, ou en variante distinct de zo i'arbre de sortie du moteur électrique; un réducteur à train épicyclodal intervenant par exemple alors entre les deux arbres. La structure des cannelures 16a, 16b permet la liaison en rotation et le déplacement axial du lanceur 10. Un alésage 20 est ménagé dans I'entrameur 16 pour assurer le centrage de la piste cylindrique 22 de la roue libre 14 sur l'arbre 18. Le botier 17 possède des rampes 24 inclinées provoquant d'une manière connue, le coincement des galets 19 dans un sens de rotation de l'arbre 18, et le déblocage des galets 19 en sens inverse. Ce botier est centré et guidé sur l'arbre 18 par l'intermédiaire d'une bague autolubrifiante 26 permettant les mouvements relatifs de translation et de rotation. Un dispositif élastiq ue en torsion 28 est. selon l' invention, disposé entre le pignon 12 et la roue libre 14. Le boitier 17 se prolonge sur le o côté gauche par une douille tubulaire 30, délimitant un compartiment 31 de réception dun ressort spirale 32 constituant ledit dispositif éiastique en torsion 28. Le ressort spirale 32 est doté d'un évidement 34 sur l'extrémité de sa spire extérieure permettant à celle-ci de faire une liaison en rotation avec une languette 36 de forme complémentaire disposée dans la douille 30 du botier 17. L'arrêt en rotation doit être au moins unidirectionnel dans ie sens de compression du ressort 32. Dans l'exemple présenté aux figures 3 à 6, I'évidement 34 présente une section rectangulaire dans laquelle se place l'extrémité de la languette 36 de la douilie 30. Il est clair que les parties mâle et femelle de la liaison peuvent être inversées. D'autres systèmes de fixation peuvent être envisagés pour lassemblage du ressort 32 au botier 17, notamment par rivetage, soudage, ou utilisation d'une pièce intermédiaire d'accrochage. L'autre extrémité sur la spire intérieure est pourvue d'un ergot 38 permettant un accrochage au moins dans le sens de rotation nécessaire à la compression du ressort spirale 32. L'erçot 38 est fo rmé par un pliage radial vers l' intérieu r du ru h an constitutif du ressort 32. Cette extrémité coudée se loge dans une lumière 33 aménagée dans le prolongement tubulaire 40 du pignon 12. Un disque 42 de fermeture s'étend entre la douille 30 et le o prolongement 40 pour emprisonner le ressort spirale 32 dans le compartiment 31. Le disque 42 est fixé sur le pignon 12 par soudage, rivetage ou tout autre moyen de fixation connu. Sur les figures 3, 4, 7 et 8, la partie extérieure du disque 42, d'une radiales (figure 7). L'extrémité de la douille 30 comporte des découpes 48 destinées à recevoir les secteurs 46 du disque 42. Chaque découpe 48 est z délimitée par deux faces 52 et 56, ici radiales, de la douille 30 e t présente une profondeur e2 légèrement supérieure à l'épaisseur e1 du disque 42, et une largeur angulaire B > A. Le disque 42 peut donc avoir 1 0 un débattement angulaire d= B-A par rapport au botier 17. Les faces et 54 d'un secteur 46 sont destinées à venir en contact respectivement avec les faces 52 et 56 de la douille 30 du botier 17. Le ressort 32 qui est précontraint, exerce un couple CO tendant à ramener la face 50 du disque 42 contre la face 52 du bortier 17, de manière à positionner angulairement le pignon 12 par rapport au bortier 17 lorsque le démarreur est au repos. o Un capot 55 (figure 2) est constitué d'un tabe en matière déformable, comportant deux extrémités rabattues qui ferment le botier 17 en emprisonnant tous les constituants du lanceur 10. La figure 9 illustre le couple engendré par le ressort spirale 32 en fonction de la position PA relative du pignon 12 par rapport au botier 17. Dès que le couple C exercé par le démarreur dépasse la valeur Cm, le ressort 32 commence à se comprimer, et le pignon 12 tourne par rapport au botier 17 avec un angle croissant. Si le couple maximal au passage de compression atteint la valeur CM, le pignon 1 2 fait un zo déplacement AmaX par rapport au bortier 17. Lors de la décompression, le ressort 32 restitue de l'énergie en accélérant la vitesse du pignon 12, lequel a une très faible inertie par rapport au moteur électrique du démarreur. Au début de la compression suivante, le ressort 32 s'est détendu jusqu'à l'angle Am correspondant à un couple Cm fourni par le ressort. L'énergie fournie 1 1 au pignon 12 est représentée schématiquement par l'aire du trapèze PQRS. Il en résulte un contact permanent du pignon 12 contre la couronne dentée du moteur à combustion. Pour éviter tout choc contre la face d'appui 50 du disque 42, il faut que Am soit supérieur à O en fin de chaque décompression. Pour les conditions normales de fonctionnement du démarreur, il faut o - que d soit supérieur à Am afin de ne pas avoir de choc important de la face 54 contre la face 56 du botier 17. En fin de démarrage, le ressort 32 revient à sa position de repos ramenant la face 50 du disque 42 contre le botier 17. Un élément s élastique peut être interposé entre les deux faces d'appui pour réduire le bruit de fin de démarrage. Dès le retour au repos du ressort 32, la roue libre 14 entre en action pour permettre le différentiel de vitesse entre le pignon 12 entrané par le moteur thermique et l'arbre 18 du démarreur. 1 2 Revendications 1. Démarreur électrique équipé d'un arbre de sortie (18) et d'un lanceur (10) pour l'entranement d'une couronne dentée du volant d'un moteur à combustion de véhicule, ledit lanceur comportant: o - un pignon (12) pouvant coulisser axialement sur l'ardre de sortie (18) rotatif entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne, et une position active de travail dans laquelle il engrène avec iadite couronne, - un dispositif de transmission à roue libre (14) associé à un organe de commande, caractérisé en ce que le lanceur (10) est équipé d'un dispositif élastique en torsion (28) agencé pour stocker de l'énergie pendant ies phases de compression du moteur thermique, et la restituer pendant les phases de décompression. 2. Démarreur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif élastique en torsion (28) est logé entre le pignon (12) et la roue libre (14). z5 3. Démarreur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif élastique en torsion (28) comporte un ressort spirale 1 3 (32) logé dans un premier compartiment (31) annulaire d'un bortier (17). 4. Démarreur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort spirale (32) est accroché entre le botier (17) et un prolongement (40) tubulaire du pignon (12) en entourant coaxialement l'ardre de sortie (18). 5. Démarreur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce o que le ressort spirale (32) est emprisonné dans lecompartiment (31) du botier (17) au moyen d'un disque (42) de fermeture solidaire du pignon (l 2). 6. Démarreur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le disque (42) de fermeture comporte au moins un secteur (46) protabérant dangle (A) prédéterminé, logé dans une découpe (48) du botier (17), ladite découpe ayant une largeur angulaire (B) supérieure à l'angle (A) pour que le débattement angulaire du disque (42) par rapport au bo-tier (17) corresponde à la différence entre (A et B). 7. Démarreur éiectrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort (32) est précontraint de manière à exercer un couple de rappei tendant à ramener le secteur (46) du disque (42) contre une butée du bortier (17) pour obtenir un positionnement angulaire prédéterminé du pignon (12) par rapport au botier (17) lorsque le démarreur est à l'état de repos. 1 4 8. Démarreur électrique Solon rune des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bottler (17) est doté d'un deuxième compartiment de logement des galets (19) de la roue libre. 9. Démarreur électrique salon la revendication 8, caractérisé en ce que le boîtier (17) est centré et guidé sur l'arbre de sortie (18) par l'intermédiaire dune bague autolubrifiante (26) pour autoriser les mouvements rotates de translation et de rotation du lanceur (10).