Brevet FR2891592A1 — publié le 20070406

L'invention concerne un démarreur de moteur thermique de véhicule automobile. Dans les véhicules automobiles connus, la mise en marche du moteur thermique est assuré par un démarreur ou un alterno-démarreur incluant un moteur électrique capable de mettre en rotation ce moteur thermique. Un tel démarreur ou alterno-démarreur est alimenté par un réseau électrique du véhicule, ce réseau comprenant notamment une batterie d'alimentation. La puissance électrique élevée qui est mise en jeu pour faire tourner le moteur thermique lors du démarrage perturbe temporairement le réseau électrique du véhicule, ce qui se traduit par une baisse de la puissance électrique délivrée à d'autres récepteurs électrique du véhicule, durant le démarrage. Si des feux de position du véhicule sont allumés, l'énergie électrique prélevée par le démarreur ou l'alterno-démarreur sur le réseau pénalise l'alimentation de ces feux de position, ce qui se traduit par une baisse de l'intensité d'éclairage de ces feux pendant le démarrage. Ce problème s'avère très pénalisant pour les véhicules fonctionnant en mode dit " start-stop ", c'est-à-dire dans lesquels le moteur thermique s'éteint automatiquement sur immobilisation du véhicule par exemple à un feu rouge, et redémarre automatiquement lorsque son occupant enfonce la pédale d'accélérateur pour repartir, par exemple après passage au vert du feu en question. A cet effet une électronique de puissance est généralement prévue pour assurer la délivrance d'une puissance électrique élevée au démarreur ou à l'alternodémarreur tout en minimisant les répercussions sur le réseau du véhicule et sur les autres récepteurs électriques. Une autre solution consiste à équiper le véhicule d'une seconde batterie électrique qui est dédiée à l'alimentation électrique du démarreur ou de l'alternodémarreur. Cependant, ces solutions induisent un surcoût de fabrication important sans pour autant donner entièrement 5 satisfaction. Le but de l'invention est de proposer une solution à faible coût permettant de démarrer un moteur de véhicule thermique sans perturber l'alimentation d'autres récepteurs électriques du véhicule durant le démarrage du moteur thermique. A cet effet, l'invention a pour objet un démarreur de moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un train d'engrenage épicycloïdal incluant un planétaire, un porte satellite et une couronne, un embrayage apte à désaccoupler ou à accoupler le porte satellite avec un vilebrequin du moteur thermique, une roue libre autorisant la couronne à tourner uniquement dans un sens de rotation correspondant à celui du vilebrequin, un élément élastique d'accumulation d'énergie relié à la couronne et au planétaire pour faire tourner le planétaire par rapport à la couronne lorsque cet élément élastique se détend, un organe de blocage agissant sur le planétaire pour le maintenir immobile en rotation et pour le libérer. Lorsque le démarreur est armé, c'est-à-dire lorsque l'élément élastique est tendu, le démarrage du moteur thermique consiste à accoupler le porte satellite au vilebrequin avec l'embrayage, et à piloter l'organe de blocage pour qu'il passe dans un état de libération. En fonctionnement du moteur thermique, le démarreur est réarmé en commandant l'organe de blocage pour qu'il passe dans un état de libération, puis en commandant l'embrayage pour accoupler le porte satellite avec le vilebrequin, ce qui a pour effet de retendre l'élément élastique. Ce démarreur est armé en étant actionné dans le même sens de rotation que celui dans lequel il entraîne le vilebrequin pour démarrer le moteur thermique. L'invention concerne également un démarreur dans lequel l'élément élastique est un ressort en spirale. L'invention concerne également un démarreur dans lequel la roue libre est réalisée sous forme d'un cliquet agissant sur la couronne. L'invention concerne également un démarreur équipé d'un codeur angulaire apte à délivrer un signal représentatif d'une position angulaire de la couronne. L'invention concerne également un moteur thermique comprenant un démarreur tel que défini ci-dessus, et un véhicule automobile comprenant un moteur thermique équipé d'un tel démarreur. L'invention concerne également un démarreur dans lequel l'organe de blocage comprend une plaque maintenue en appui contre une partie complémentaire du planétaire par un ou plusieurs ressorts, et un actionneur apte à éloigner cette plaque de la partie complémentaire. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un démarreur selon l'invention; La figure 2 est une vue schématique de face d'un démarreur selon l'invention en phase d'armement du ressort; La figure 3 est une vue schématique de face d'un démarreur selon l'invention en phase de démarrage; La figure 4 est une vue générale schématique montrant un démarreur selon l'invention associé à un moteur thermique. L'idée à la base de l'invention est de stocker de 35 l'énergie dans un ressort en phase de fonctionnement du moteur thermique, et de restituer cette énergie emmagasinée dans le ressort pour démarrer le moteur thermique. A cet effet, le démarreur 1 représenté en figure 1, comprend un train d'engrenage épicycloïdal 2 lié en mouvement à un vilebrequin de moteur thermique non représenté, par l'intermédiaire d'un embrayage 3, ce train épicycloïdal portant un ressort 4 destiné à emmagasiner et à restituer l'énergie. Le train épicycloïdal 2 s'étend le long d'un axe AX. Il comprend un planétaire 6 qui inclut un arbre support 7 rigidement solidaire d'une roue dentée 8 qu'il porte. Ce train comprend encore une couronne 9 pourvue une denture périphérique 11 orientée radialement vers l'intérieur, cette denture périphérique 11 ayant un diamètre très supérieur au diamètre de la denture 10 de la roue planétaire 8. Ce train épicycloïdal comprend encore un porte satellite 12 qui s'étend le long de l'axe AX, et qui porte au moins deux roues satellites repérées par 13a et 13b sur les figures. Les roues satellites 13a et 13b sont libres de pivoter par rapport au porte satellite 12 autour d'axes parallèles à l'axe AX. Chaque roue satellite 13a, 13b qui est excentrée par rapport à l'axe AX comprend une denture externe 14a, 14b engagée d'une part dans la denture 10 de la roue planétaire 8 et d'autre part dans la denture périphérique 11 de la couronne 9. Le planétaire 7, la couronne 9 et le porte satellite 12 sont aptes à pivoter autour de l'axe AX, tout en étant liés en mouvement les uns avec les autres du fait de l'engrènement des différentes dentures. Le train épicycloïdal peut être accouplé ou désaccouplé du vilebrequin du moteur thermique par le porte satellite 12 qui est lié à ce vilebrequin par l'embrayage 3 qui peut être ouvert ou fermé. L'embrayage 3 peut être fermé pour que le porte satellite 12 entraîne en rotation le vilebrequin, soit pour que le vilebrequin entraîne en rotation le porte satellite 12. La couronne 9 est liée à un élément fixe du véhicule, repéré par 16, par un dispositif de type roue libre 17, qui autorise cette couronne 9 à tourner uniquement dans un sens de rotation qui correspond au sens de rotation du vilebrequin lorsque le moteur thermique tourne. La roue libre 17 peut être une roue libre à galets, à rouleaux, à bandes, ou autres. Cette roue libre peut encore être réalisée sous forme d'un cliquet coopérant avec la couronne 9. Le train épicycloïdal 2 constitue un réducteur mécanique. Lorsque la couronne 9 est immobile, une rotation du planétaire 6 à une certaine vitesse entraîne en rotation le porte satellite 12 à une autre vitesse inférieure, le rapport de ces vitesses dépendant des diamètres des dentures 10, 11, 14a et 14b. Le ressort 4 a une première extrémité 18 solidaire de la couronne 9, et une seconde extrémité 19 solidaire du planétaire 7. Le démarreur comprend encore un organe de blocage apte à immobiliser en rotation le planétaire 7, ou à le libérer pour lui permettre de tourner. Cet organe de blocage qui peut être un frein est représenté symboliquement par des flèches repérées par 21. La figure 2 illustre l'armement du démarreur selon l'invention, par le moteur thermique, c'est-à-dire le bandage du ressort 4 pour lui faire emmagasiner de l'énergie. Dans l'exemple de la figure 2, le ressort 4 est un ressort hélicoïdal positionné tangentiellement au périmètre externe de la couronne 9, ce ressort ayant sa première extrémité solidarisée à un arrêt 22 qui dépasse radialement de la couronne 9 en étant porté par cette couronne. L'autre extrémité 19 de ce ressort est rigidement solidarisée au planétaire 6 par un bras radial 23 qui est lui-même rigidement solidaire de ce planétaire 6, ce bras s'étendant radialement pour dépasser radialement de la couronne 9. L'armement du démarreur, c'est-à-dire du ressort 4 est effectué grâce au moteur thermique. L'organe de blocage 21 est d'abord commandé pour maintenir le planétaire 6 immobile, et l'embrayage 3 est fermé pour que le moteur thermique entraîne en rotation le porte satellite 12, dans le sens direct sur la figure 2. Le dispositif de roue libre 17 permet quant à lui à la couronne 9 de tourner uniquement dans le sens direct sur les figures. L'entraînement en rotation du porte satellite 12 dans le sens direct provoque une rotation dans le sens direct des satellites 13a, 13b et 13c qui roulent sur la denture 10 du planétaire qui est maintenu immobile. Il en résulte une rotation de la couronne 9 dans le sens direct, qui est autorisée par le dispositif de roue libre 17. La rotation de la couronne externe 9 se déroule alors que le planétaire 6 est maintenu immobile par l'organe de blocage 21, de sorte que l'arrêt 22 de la couronne 9 se rapproche de l'extrémité du bras radial 23 porté par le planétaire, ce qui permet de comprimer le ressort 4. En fin d'armement du ressort, l'embrayage 3 est commandé en ouverture pour désaccoupler le porte satellite 12 du vilebrequin. Dans cette situation, l'organe 21 reste commandé pour maintenir le planétaire 6 immobile, la couronne étant retenue de tourner en sens indirect pour détendre le ressort, par le dispositif de roue libre qui n'autorise pas cette couronne à tourner en sens indirect. Par conséquent, après ouverture de l'embrayage 3, le planétaire 6 étant bloqué en rotation par l'organe 21, le ressort 4 reste comprimé et pourra se détendre seulement sur libération du planétaire 6 par l'organe 21. La figure 3 illustre schématiquement le démarrage du moteur thermique par le démarreur selon l'invention. Dans ce cas, l'embrayage est fermé pour lier en mouvement le porte satellite 12 avec le vilebrequin qui est sensiblement immobile à ce stade. L'organe de blocage 21 est ensuite commandé pour libérer le planétaire. Dans cette situation, le ressort 4 est maintenu entre l'arrêt 22 qui est fixe et le bras 23 qui est rigidement solidaire du planétaire 6, ce planétaire étant alors mobile en rotation. La détente du ressort 4 fait tourner le planétaire 6 dans le sens direct qui entraîne à son tour en rotation le porte satellite 12, par l'intermédiaire des satellites 13a13c et de la couronne 9 qui est maintenue fixe par la roue libre 17. Cette rotation du porte satellite 12 qui est accouplé au vilebrequin par l'embrayage 3 permet d'entraîner ce dernier en rotation pour démarrer le moteur. Après démarrage du moteur, l'embrayage 3 est commandé pour désaccoupler le vilebrequin du porte satellite 12. Dans l'exemple illustré symboliquement sur les figures 2 et 3, le ressort 4 est un ressort hélicoïdal tangent à la couronne 9, mais le démarreur peut avantageusement être équipé d'un ressort en spirale monté autour de l'axe AX, et ayant une première extrémité centrale solidaire du planétaire, et une seconde extrémité radiale solidarisée à la périphérie de la couronne 9. Dans le cas d'un véhicule prévu pour fonctionner en mode " start-stop ", c'est-à-dire commandé pour éteindre automatiquement le moteur thermique sur immobilisation et pour redémarrer lorsque l'utilisateur sollicite la pédale d'accélérateur ou autre, le démarreur selon l'invention peut être exploité comme suit. Lorsque le véhicule est déplacé par le moteur thermique, l'embrayage 3 est ouvert. Lorsque le moteur doit être éteint du fait de l'immobilisation du véhicule, le planétaire est bloqué par l'organe 21, et l'embrayage 3 est fermé, de sorte que le vilebrequin arme le démarreur en comprimant le ressort 4. Le démarreur selon l'invention est avantageusement équipé d'un codeur angulaire 24, qui délivre un signal représentatif de la position angulaire de la couronne 9, qui est représentative du degré de compression du ressort 4. Ce codeur 24 permet par exemple de connaître le nombre de tours effectués par la couronne 9 à un instant donné, par rapport à une position de référence de cette couronne. Ainsi, la fin de l'armement du ressort 4, qui correspond à un certain degré de compression de celui-ci peut être détectée par le codeur 24 pour terminer cet armement en ouvrant l'embrayage 3 de façon à isoler le démarreur dans un état armé. Sur demande de redémarrage du moteur thermique, l'embrayage 3 est fermé puis l'organe 21 est commandé pour libérer le planétaire 6, de façon à entraîner en rotation le vilebrequin de ce moteur thermique, comme expliqué plus haut. Avantageusement, l'embrayage est ré-ouvert et le planétaire 6 bloqué dès que le moteur thermique atteint un régime prédéterminé. L'organe de blocage 21 du planétaire 6 peut être électromagnétique ou électro-mécanique. Dans le cas d'une solution électromagnétique, un électroaimant fixe est alimenté par un courant et génère un champs magnétique qui attire une plaque pour qu'elle vienne frotter contre l'arbre planétaire 7 afin de le bloquer. Pour libérer le planétaire 6, à partir d'un ordre de démarrage, le courant est alors coupé pour relâcher la plaque qui s'éloigne de l'arbre 7 grâce à des ressorts de rappel. Dans le cas d'une solution électromécanique, un piston mécanique est poussé par un ressort pour immobiliser l'arbre 7. Lors d'une demande de démarrage, 2891592 9 un actionneur agit sur le piston pour libérer le planétaire 6 afin d'entraîner le vilebrequin. En fin de démarrage, le piston peut être relâché pour bloquer à nouveau l'arbre 7. Dans ce cas la consommation électrique du démarreur est limitée à la durée du démarrage qui est de l'ordre de 300 ms. Le système d'emmagasinage d'énergie à ressort peut être un ressort à spirales, mais il peut également être conçu à partir d'un ressort linéaire associé à une vis à billes pour transformer un mouvement de translation en un mouvement de rotation. En figure 4, on a représenté symboliquement un exemple de montage du démarreur selon l'invention en association avec un moteur, dans lequel au lieu d'être couplé au vilebrequin directement par l'embrayage 3, le démarreur est couplé au vilebrequin 26 du moteur thermique repéré par 27 au moyen d'une courroie 28. Avantageusement, comme représenté sur cette figure 4, la courroie 28 entoure une poulie 29 qui intègre elle- même l'embrayage 3, afin de procurer un gain d'encombrement. Le train épicycloïdal est dimensionné pour apporter un couple suffisant au moteur thermique pour son démarrage en fonction de caractéristiques du système telles que le choix du ressort en ce qui concerne sa raideur, son nombre de tours ou de spires. L'invention offre notamment les avantages suivants. Le choix d'un train d'engrenage épicycloïdal assure un sens de rotation du système identique pour armer le ressort et pour le détendre. L'embrayage 3 permet de découpler le système du vilebrequin en dehors de phases d'armement et de démarrage. Le démarreur selon l'invention n'est pas dépendant 35 d'une source d'énergie électrique dont les performances sont dégradées par le type de sollicitations, l'environnement extérieur ou le temps écoulé entre chaque démarrage. Le démarreur selon l'invention est entièrement mécanique, ce qui lui confère simplicité et réduction de coût par rapport à un système électrique. Il permet d'isoler la fonction démarrage de la source électrique d'alimentation du réseau de bord. Ce démarreur peut être monté sur une façade accessoires pour transmettre du couple de la même façon qu'un alternateur, c'est-à-dire sans bruit et sans à-coups. Il peut également être monté de façon directe sur le vilebrequin suivant les démultiplications choisies pour le train épicycloïdal. 2891592 11 REVENDICATIONS 1. Démarreur de moteur thermique (27) de véhicule automobile, comprenant un train d'engrenage épicycloïdal (2) incluant un planétaire (6, 7, 8), un porte satellite (12) et une couronne (9), un embrayage (3) apte à désaccoupler ou à accoupler le porte satellite (12) avec un vilebrequin (26) du moteur thermique (27), une roue libre (17) autorisant la couronne (9) à tourner uniquement dans un sens de rotation correspondant à celui du vilebrequin (26), un élément élastique (4) d'accumulation d'énergie relié à la couronne (9) et au planétaire (12) pour faire tourner le planétaire (12) par rapport à la couronne (9) lorsque cet élément élastique (4) se détend, un organe de blocage (21) agissant sur le planétaire (6, 7, 8) pour le maintenir immobile en rotation et pour le libérer. 2. Démarreur selon la revendication 1, dans lequel l'élément élastique (4) est un ressort en spirale. 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la roue libre est réalisée sous forme d'un cliquet (17) agissant sur la couronne (9). 4. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 3, équipé d'un codeur angulaire apte à délivrer un signal représentatif d'une position angulaire de la couronne (9) . 5. Démarreur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'organe de blocage (21) comprend une plaque maintenue en appui contre une partie complémentaire du planétaire (6, 7, 8) par un ou plusieurs ressorts, et un actionneur apte à éloigner cette plaque de la partie complémentaire. 6. Moteur thermique de véhicule automobile comprenant un démarreur selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Véhicule automobile comprenant un moteur thermique équipé d'un démarreur selon l'une des revendications 1 à 5.