Brevet FR2951784A1 — publié le 20110429

DISPOSITIF ET PROCEDE DE SYNCHRONISATION D'UN DEMARREUR ET D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001 La présente invention concerne un dispositif et un procédé de synchronisation d'un démarreur et d'un moteur thermique. [0002] Le démarreur d'un moteur thermique est généralement constitué d'un moteur électrique alimenté par une batterie et muni d'un pignon en bout d'arbre du moteur électrique. Ce pignon est engrené avec la couronne du volant moteur de façon à entrainer le moteur thermique. Le démarreur, pour entrainer le moteur thermique, doit d'abord engager son pignon sur la couronne du volant moteur (phase d'engagement), puis fournir du couple via son moteur électrique (phase d'entrainement). La phase d'engagement ne peut se faire qu'avec des vitesses linéaires de pignon et de couronne identiques, pour ne pas détériorer les engrenages. Le démarreur étant piloté de façon binaire (marche / arrêt), la vitesse du pignon n'est pas maitrisée. Actuellement, la seule condition propice à l'engagement est d'avoir une vitesse nulle pour le pignon du démarreur et la couronne du volant moteur. [0003] Cependant, avec l'utilisation de plus en plus fréquente de système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique (système « Stop & Start »), il peut être nécessaire d'activer le démarreur alors que le moteur thermique n'est pas encore complètement arrêté. En effet, le conducteur peut changer d'avis et demander le redémarrage du moteur thermique juste après avoir demandé son arrêt. Dans ce cas, l'accouplement de la couronne du volant moteur avec le pignon du démarreur pourrait provoquer des dommages à la couronne et/ou au démarreur. En pratique, on attend donc l'arrêt complet de la rotation de la couronne, ce qui peut faire perdre jusqu'à une seconde. [0004 Une solution consiste à équiper de capteurs de vitesse la couronne (ou le volant moteur) et le pignon du démarreur de façon à synchroniser les vitesses (c'est-à-dire les rendre sensiblement égales) avant d'accoupler le pignon avec la couronne. Cette solution est cependant couteuse et la fiabilité des composants électronique n'est pas garantie. [0005i La présente invention permet de rendre possible l'engagement du pignon du démarreur quand la vitesse de rotation du moteur n'est pas nulle. Cet engagement du pignon sur la couronne est rendu possible par une phase préliminaire de synchronisation des deux vitesses. [0006] De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif de synchronisation du démarreur d'un moteur thermique, ledit moteur étant muni d'une couronne de démarrage et ledit démarreur comprenant un moteur électrique avec un axe muni d'un pignon mobile sur ledit axe, des moyens de déplacement du pignon mobile et une batterie. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens de friction permettant la synchronisation dudit pignon mobile avec ladite couronne de démarrage. [0007] Ledit pignon mobile peut prendre successivement une position de 15 repos, une position de synchronisation et une position d'engagement pour laquelle ledit pignon et ladite couronne de démarrage sont engrenés. [000si Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits moyens à de friction comportent un organe solidaire dudit pignon mobile et un élément solidaire de ladite couronne de démarrage, ledit organe et ledit élément étant 20 en contact par friction l'un avec l'autre pour ladite position de synchronisation dudit pignon mobile. Ledit organe solidaire du pignon mobile peut comporter un cône de synchronisation et ledit élément peut comporter une couronne de synchronisation pouvant entrer en friction avec ledit organe [0009i Lesdits moyens de déplacement peuvent comporter un solénoïde 25 avec une bobine et un axe pouvant être déplacé dans ladite bobine, des moyens de liaison dudit axe du solénoïde avec ledit pignon mobile, et des moyens d'alimentation électrique de la bobine connectés à la batterie permettant d'alimenter la bobine et des moyens de pilotage permettant d'inverser la polarité d'alimentation de la bobine. Lesdits moyens de liaison peuvent comporter un bras ayant un point intermédiaire fixe, une extrémité solidaire de l'axe de la bobine et une autre extrémité solidaire du pignon mobile du démarreur. [0010] Les moyens de pilotage de l'alimentation de la bobine comportent avantageusement un calculateur. [0011] L'invention concerne également un procédé de synchronisation des vitesses de rotation d'une couronne solidaire du volant moteur d'un moteur thermique et du pignon d'entrainement d'un démarreur. Selon le procédé, un organe solidaire dudit pignon et un élément solidaire de ladite couronne peuvent être amenés en contact de façon à synchroniser, par friction, les vitesses de rotation de l'organe et de l'élément. [0012] Le démarreur étant muni d'un solénoïde, la polarité de l'alimentation électrique du solénoïde peut être inversée de sorte que ledit pignon d'entrainement peut passer d'une position de synchronisation à une position d'engagement dudit pignon avec ladite couronne, le pignon pouvant également prendre une position de repos entre lesdites positions de synchronisation et d'engagement. [0013] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • les figures 1, 2 et 3 illustrent schématiquement l'invention, respectivement en phase de repos, en phase de synchronisation et en phase d'engagement ; et • les figures 4, 5 et 6 montrent une réalisation de l'invention respectivement en phase de repos, en phase de synchronisation et en phase d'engagement. [0014] Sur la figure 1 qui représente schématiquement le dispositif au repos, un démarreur 10 comprend un moteur électrique 12 alimenté par une batterie 14, un balai positif 16, un balai négatif 18, deux inducteurs 20 et 22 et un axe 24. Le démarreur 10 est contenu dans un carter 26. [0015] Un pignon 28, mobile en translation sur l'axe 24 du démarreur 10, peut être mis en rotation par le moteur électrique 12 du démarreur. Le pignon 28 est solidaire d'une roue libre 30 montée sur l'axe 24 du démarreur. Le pignon 28 ne peut tourner que dans un sens par rapport aux deux sens de rotation de la roue libre 30. [0016] Une couronne de démarrage 34 du moteur thermique, mobile en rotation autour d'un axe 36, comporte à sa périphérie un engrenage 38. Alternativement, la couronne de démarrage 34 pourrait être le volant moteur, le pignon du démarreur étant alors destiné à s'engrener directement sur les dents du volant moteur ; alternativement la couronne de démarrage 34 pourrait être une roue dentée solidaire du vilebrequin du moteur thermique. Dans la configuration représentée et décrite, la couronne de démarrage est une roue dentée liée au volant moteur et destiné à s'engrener avec le pignon du démarreur. [0017] Conformément à l'invention, le pignon 28 et la couronne 34 sont munis de moyens de frottement ou de friction du démarreur et de la couronne. Selon un mode de réalisation, ces moyens prennent la forme, d'une part pour le démarreur, d'un organe de friction, par exemple un cône 40 pouvant comporter une surface de frottement 42 et, d'autre part pour la couronne de démarrage, par exemple d'une couronne de synchronisation 44 solidaire de la couronne de démarrage 34. Cette couronne de synchronisation 44 est placée sensiblement en regard de la surface de frottement 42 du cône 40. [0018] Un frein d'induit 45 est situé, de façon classique, en bout d'arbre 24 afin de pouvoir freiner la rotation du moteur électrique non électriquement alimenté. [0019] Un solénoïde 46 est utilisé pour déplacer le pignon mobile sur l'axe 24 du démarreur. Ce solénoïde comprend une bobine 48 traversée par un axe 50 mobile longitudinalement (selon l'axe longitudinal de la bobine). L'une des extrémités de l'axe 50 comporte une barrette 52 pouvant entrer en contact avec des contacts électriques 54 et 56 reliés respectivement à la batterie 14 et à l'inducteur 22 du démarreur. L'autre extrémité de l'axe 50 est reliée à l'aide d'une rotule 58 à une extrémité d'un arbre 60. Des ressorts de rappel 62 et 64 permettent à l'axe 50 d'être positionné dans une position de repos, illustrée sur la figure 1, lorsque la bobine 48 n'est pas alimentée. [0020] Le bras 60 est fixé à un point intermédiaire 66 fixe, par exemple fixé au carter 26 du démarreur. L'extrémité du bras 60, opposée à l'extrémité 58, 15 est solidaire de la roue libre 30 du démarreur à l'aide d'une rotule 68. [0021] Des moyens 70 connectés à la batterie 14 alimentent les deux bornes 72 et 74 de la bobine 48. Ces moyens d'alimentation sont pilotés par un calculateur 76 et permettent, notamment et conformément à l'invention, d'inverser la polarité de l'alimentation de la bobine. Une polarité 20 d'alimentation de la bobine permet de déplacer l'axe 50 de la bobine dans une direction et l'inversion de polarité permet de déplacer l'axe 50 dans le sens opposé. Ainsi, pour une polarité définie, l'axe 50 se déplace dans un certain sens, par exemple vers la gauche sur la figure 1, l'extrémité 58 du bras 50 se déplace vers la gauche et l'extrémité 68 du bras 50 se déplace 25 vers la droite entrainant la roue libre 30 et le pignon 28 du démarreur. En inversant la polarité d'alimentation de la bobine 48, l'axe 50 de la bobine, ainsi que l'extrémité 58 se déplace en sens inverse et donc vers la droite sur la figure 1 ; l'extrémité 68 et le pignon 28 du démarreur se déplacent alors vers la gauche sur la figure 1. Le pignon 28 du démarreur peut ainsi prendre 30 trois positions : une position de synchronisation illustrée sur la figure 2, une position d'engagement du pignon du démarreur avec l'engrenage de la couronne de démarrage illustrée sur la figure 3 et une position de repos illustrée sur la figure 1 lorsque la bobine n'est pas alimentée, cette dernière position étant intermédiaire entre la position de synchronisation et la position d'engagement. [0022] La figure 2 illustre la phase de synchronisation du pignon 28 avec la couronne de démarrage 34. Pour une polarité déterminée de l'alimentation de la bobine 48, par exemple comme illustrée sur la figure 2 où la borne 72 de la bobine 48 est reliée à la masse 78 et la borne 74 reliée au pole positif 80 de la batterie 14, l'axe 50 de la bobine se déplace vers la gauche dans le sens des flèches 82, l'extrémité 68 du bras 60 se déplace vers la droite en entrainant la roue libre 30, le pignon 68 du démarreur et le cône 40. La surface de friction 42 du cône vient alors en contact avec la couronne de synchronisation 44 : le contact de ces deux pièces tend à égaliser les vitesses de rotation du pignon 28 et de la couronne de synchronisation 34, grâce aux frottements. La synchronisation réalisée durant cette phase préliminaire permettra donc l'engagement du démarreur avec un régime moteur non nul. [0023] Lors de la synchronisation, de préférence seul le pignon 28 est mis en rotation, car la roue libre 30 désaccouple le pignon 28 du moteur électrique 12 du démarreur. L'inertie du pignon 28 étant faible (par rapport à celle du moteur électrique 12, la synchronisation sera rapide, et n'usera pas beaucoup les surfaces de frottements. [0024] La figure 3 illustre la phase d'engagement du pignon du démarreur avec la couronne du volant moteur, cette phase suivant la phase de synchronisation (figure 2). Le calculateur 76 commande l'inversion de polarité de l'alimentation de la bobine 48: la borne 72 est connectée au pole positif 80 de la batterie 14 et la borne 74 est connectée à la masse 78. L'axe 50 du démarreur se déplace alors vers la droite sur la figure 3 (dans le sens des flèches 84) et le pignon 28 du démarreur dans le sens opposé (vers la gauche). Les vitesses de rotation du pignon 28 et de la couronne de synchronisation 34 étant sensiblement identiques, le pignon 28 peut alors s'engager dans l'engrenage 38 de la couronne 34. La barrette 52 établit le contact des bornes 54 et 56, alimentant ainsi en courant électrique le moteur 12 du démarreur et lançant ainsi le démarreur qui entraine le lancement du moteur thermique. [0025] Selon le procédé, le démarrage du moteur thermique comporte les phases suivantes : • phase initiale de repos (figure 1), • phase de synchronisation (figure 2), • phase d'engagement du pignon du démarreur (figure 3), et • - phase d'entrainement du volant moteur du moteur thermique. Bien entendu, si le moteur thermique est complètement arrêté, la phase de synchronisation n'est pas nécessaire. [0026] Les figures 4, 5 et 6 montrent un mode de réalisation de l'invention avec les trois phases successives : repos (figure 4), synchronisation (figure 5) et engagement (figure 6). Sur ces figures, la couronne de démarrage 34, l'engrenage 38 de cette couronne et la couronne de synchronisation 44 sont représentés schématiquement. [0027] Pour la phase initiale de repos (figure 4), le solénoïde 46 est au repos, l'axe 50 du solénoïde occupant alors une position de référence. Le pignon 28 du démarreur n'est pas en contact avec l'engrenage 38 de la couronne 34. La surface de frottement 42 du cône 40 n'est pas en contact avec la couronne de synchronisation 44. Le pignon 28 est donc libre en rotation. L'angle de référence 86 (angle formé par la perpendiculaire 88 à l'axe 50 de la bobine 48 avec l'axe longitudinal 90 du bras 60) est voisin de 15° pour la phase de repos. [0028] Pour la phase de synchronisation (figure 5), l'axe du solénoïde 46 pousse la roue libre 30 et le pignon 28 vers la gauche (direction indiquée par la flèche 92), l'angle de synchronisation 94 formé par la perpendiculaire 88 à l'axe de la bobine 48 et l'axe longitudinal 90 du bras est inférieur à l'angle de référence 86 : il est voisin de 5°. Le pignon 28 du démarreur n'est pas en contact avec l'engrenage 38 de la couronne 34. La surface de frottement 42 du cône de synchronisation 40 est en contact avec la couronne de synchronisation 44. Par frottement, le pignon 28 synchronise alors sa vitesse de rotation avec celle de la couronne 34. [0029] Pour la phase d'engagement (figure 6) qui suit la phase de synchronisation, l'axe 50 de la bobine 48 du solénoïde pousse le pignon 28 vers la droite (selon la direction de la flèche 98). L'angle d'engagement 96 entre les droites 88 et 90 est supérieur à l'angle de référence 86 (environ 35° comparé à environ 15° pour l'angle de référence). Le pignon 28 du démarreur est situé en face de l'engrenage 38 de la couronne 34. La surface de frottement 42 du cône de synchronisation 40 n'est pas en contact avec la couronne de synchronisation 44. Le pignon 28 est alors engagé dans la couronne 34 et le démarreur peut entrainer le moteur thermique. [0030] Le dispositif et le procédé de la présente invention permettent d'actionner et d'enclencher le démarrer d'un moteur thermique alors que la vitesse de rotation du volant moteur n'est pas nul. Le dispositif maintient la fiabilité du démarreur en utilisation classique. La solution proposée a un faible coût puisqu'il n'y a que très peu de pièces ajoutées par rapport à un démarreur classique. Le temps de synchronisation des vitesses de rotation du pignon du démarreur et de la couronne de démarrage est relativement faible (inférieur à 100ms) comparé au temps nécessaire pour l'arrêt du volant moteur sans le dispositif de l'invention (environ 1 seconde). On remarquera que le temps de synchronisation n'a pas à être bien défini, il suffit que le temps de friction entre la surface de frottement 42 du cône avec la couronne de synchronisation 44 soit suffisant pour égaliser les vitesses de rotation. Ce temps suffisant peut être déterminé expérimentalement pour un même type de moteur et de dispositif. Ce temps suffisant pourra être enregistré dans le calculateur 76 afin de commander le temps de la phase de synchronisation. [0031] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés 5 peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de synchronisation du démarreur (10) d'un moteur thermique, ledit moteur étant muni d'une couronne de démarrage (34) et ledit démarreur comprenant un moteur électrique (12) avec un axe (24) muni d'un pignon (28) mobile sur ledit axe, des moyens de déplacement (46, 60) dudit pignon mobile et une batterie (14), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de friction (42, 44) permettant la synchronisation dudit pignon mobile (28) avec ladite couronne de démarrage (34). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit pignon mobile (28) peut prendre une position de repos (figure 1), une position de synchronisation (figure 2) et une position d'engagement (figure 3) pour laquelle ledit pignon (28) et ladite couronne de démarrage (34) sont engrenés. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens à friction comportent un organe (40) solidaire dudit pignon mobile et un élément (44) solidaire de ladite couronne de démarrage, ledit organe et ledit élément étant en contact par friction l'un avec l'autre pour ladite position de synchronisation dudit pignon mobile. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit organe solidaire du pignon mobile comporte un cône de synchronisation (40, 42) 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que ledit élément comporte une couronne de synchronisation (44) pouvant entrer en friction avec ledit organe (42). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement comportent un solénoïde (46) avec une bobine (48) et un axe (50) pouvant être déplacé dans ladite bobine, des moyens de liaison (60) dudit axe du solénoïde avec ledit pignon mobile, et des moyens d'alimentation électrique de ladite bobine (70) connectés à ladite batterie permettant d'alimenter ladite bobine et des moyens de pilotage (76) de ladite alimentation permettant d'inverser la polarité d'alimentation de ladite bobine. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comportent un bras (60) ayant un point intermédiaire fixe (66), une extrémité (58) solidaire de l'axe (50) de ladite bobine et une autre extrémité (68) solidaire dudit pignon mobile (28). 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage de l'alimentation de la bobine comportent un calculateur (76). 9. Procédé de synchronisation des vitesses de rotation d'une couronne (34) solidaire du volant moteur d'un moteur thermique et du pignon d'entrainement (28) d'un démarreur, caractérisé en ce qu'un organe (40) solidaire dudit pignon et un élément (44) solidaire de ladite couronne peuvent être amenés en contact de façon à synchroniser, par friction, lesdites vitesses de rotation de l'organe et de l'élément. 10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que, le démarreur étant muni d'un solénoïde (46), la polarité de l'alimentation électrique du solénoïde peut être inversée de sorte que ledit pignon d'entrainement peut passer d'une position de synchronisation à une position d'engagement dudit pignon avec ladite couronne. 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit pignon peut également prendre une position de repos située entre lesdites positions de synchronisation et d'engagement. 30