Brevet FR3014157A1 — publié le 20150605

DISPOSITIF DE POULIE DEBRAYABLE, ALTERNATEUR COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF OU D'UN TEL ALTERNATEUR La présente invention concerne un dispositif de poulie débrayable. Plus spécifiquement, la présente invention relève du domaine des poulies débrayables équipées d'une roue libre et utilisées, par exemple, pour l'entrainement d'un alternateur au sein d'un moteur à combustion interne de véhicules automobiles. Une telle poulie débrayable est utilisée, de façon connue, pour remédier aux effets néfastes des acyclismes ou des décélérations soudaines du moteur qui surviennent dans les moteurs à explosion, en particulier à bas régime pour les moteurs Diesel. En effet, une poulie d'entrainement qui est reliée au moteur par l'intermédiaire d'une poulie de vilebrequin peut décélérer brutalement, alors qu'une poulie menée, par exemple une poulie d'attaque d'un alternateur, a tendance, par inertie à continuer à tourner à la même vitesse. Dans le cas d'un accouplement rigide entre la poulie de vilebrequin et l'arbre de l'alternateur, la courroie est soumise à des contraintes importantes lors de telles variations de vitesse instantanée. Ces variations de vitesse génèrent une fatigue anormale de la courroie, avec des risques de rupture, ainsi qu'un glissement de celle-ci sur les poulies ou des vibrations de ses brins tendus entre les poulies. Il est donc connu de profiter de l'avantage d'un système à roue libre au sein d'un dispositif de poulie, un tel dispositif comprenant des cames susceptibles de venir en prise avec deux chemins de glissement ménagés respectivement sur un organe central et sur la poulie ou un élément solidaire de celle-ci. Avec ce type de matériel, la lubrification entre les cames et les chemins de glissement, tout particulièrement le chemin de glissement ménagé sur l'organe central, peut être défectueuse car un lubrifiant, tel que de la graisse, qui est normalement déposé sur ce chemin de glissement, a tendance à être centrifugé, au point que le contact entre les cames et le chemin de glissement peut avoir lieu «à sec ». Pour traiter ce problème, il est connu de FR-A-2 933 460 d'équiper le chemin de glissement de l'élément intérieur d'un dispositif de poulie débrayable d'un revêtement qui présente sous une charge de 0,05 kg, une dureté Vickers comprise entre 1500 et 3000 1-1v, ainsi qu'une épaisseur comprise entre 1 et 5 micromètres (lm). Une telle solution donne globalement satisfaction et le matériau du revêtement apposé sur le chemin de glissement est, en pratique, une couche de carbone amorphe apparentée au diamant, connu sous la désignation DLC (« Diamond Like Carbon »). Un tel matériau est relativement difficile à élaborer, donc onéreux, ce qui limite en pratique son utilisation dans des dispositifs de poulie débrayable qui doivent avoir un prix de revient le plus faible possible. C'est ces problèmes qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau dispositif de poulie débrayable qui est efficace pour éviter une usure prématurée de ses cames, tout en présentant un prix de revient attractif. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de poulie débrayable comprenant un organe central, une poulie montée autour de l'organe central, ainsi qu'une roue libre comprenant elle-même plusieurs cames montées entre un premier chemin de glissement, ménagé sur une surface radiale externe de l'organe central ou un élément solidaire de cet organe, et un deuxième chemin de glissement, ménagé sur une surface radiale interne de la poulie ou d'un élément solidaire de la poulie, la roue libre assurant un embrayage unidirectionnel entre la poulie et l'organe central. Conformément à l'invention, au moins un chemin de glissement et/ou un portion des cames destinée à interagir avec l'un ou l'autre des chemins de glissement comprend une couche de disulfure de tungstène (WS2). Grâce à l'utilisation de disulfure de tungstène au niveau du premier chemin de glissement, en cas de disparition du film du lubrifiant entre les cames de la roue libre et ce chemin de glissement, la couche de disulfure de tungstène assure une lubrification entre les cames et le chemin de glissement. Un contact métallique direct entre les cames et l'organe central est ainsi évité, ce qui augmente la durée de vie des cames et de leurs chemins de glissement et empêche une pollution de l'environnement dans lequel est monté le dispositif de l'invention, puisqu'il y a peu de chances que des particules ou copeaux métalliques soient générés à l'interface entre les cames et le premier chemin de glissement. Selon des aspects avantageux mais non obligatoire de l'invention, un tel dispositif de poulie débrayable peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Le premier chemin de glissement comprend une couche de disulfure de tungstène. - Le deuxième chemin de glissement comprend une couche de disulfure de tungstène. - Des portions des cames destinées à interagir avec l'un ou l'autre des chemins de glissement sont revêtues d'une couche de disulfure de tungstène. - Chaque couche de disulfure de tungstène a une épaisseur radiale comprise entre 0,5 lm et 0,8 lm (micromètres). - Le didisulfure de tungstène est sous forme cristalline, avec des cristaux dont le diamètre cristallin est compris entre 0,8 et 1,5 lm et dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 100 nm (nanomètres). - La roue libre comprend un lubrifiant disposé entre le premier chemin de glissement et le deuxième chemin de glissement de manière à imprégner chaque couche de disulfure de tungstène, notamment de graisse à base de savon de type polyurée ou di-urée et d'huile de type minéral, hydrocarbonée synthétique ou ester. - En variante, chaque couche de disulfure de tungstène remplit une fonction antiglissement sans ajout de lubrifiant. L'invention concerne également un alternateur qui comprend un dispositif de poulie débrayable tel que mentionné ci-dessus. L'invention concerne enfin un moteur à combustion interne équipé d'une poulie débrayable ou d'un alternateur tels que mentionnés ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif de poulie débrayable, d'un alternateur et d'un moteur conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif de poulie débrayable conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne II-Il à la figure 1 et - la figure 3 est une représentation de la structure microscopique d'une couche de disulfure de tungstène utilisée dans le dispositif des figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2 est représenté un dispositif de poulie débrayable 1 conforme à l'invention. Ce dispositif est adapté pour équiper un alternateur de véhicule automobile partiellement représenté par son arbre 2 à la figure 1. Les éléments 1 et 2 font partie du moteur M à combustion interne d'un véhicule automobile. Le dispositif 1 est centré sur un axe X1 vis-à-vis duquel sont définis les adjectifs « axial » et « radial ». Une direction, est axiale si elle est parallèle à l'axe X1 et radiale si elle est perpendiculaire et sécante à l'axe X1. Une surface est axiale si elle est perpendiculaire à une direction axiale et radiale si elle est perpendiculaire à une direction radiale. Le dispositif 1 comprend une poulie externe 10 un moyeu central 20 et une roue libre 30 qui forme un dispositif d'embrayage unidirectionnel. Deux roulements 40 et 50 sont disposés, de part et d'autre de la roue libre 30, le long de l'axe X1. La roue libre 30 et les roulements 40 et 50 sont disposés à l'intérieur d'un espace annulaire E défini radialement entre une surface radiale interne 11 de la poulie 10 et une surface radiale externe 21 du moyeu 20, les éléments 10 et 20 étant mobiles l'un par rapport à l'autre en rotation autour de l'axe X1, grâce aux roulements 40 et 50. Les roulements 40 et 50 sont identiques. Le roulement 40 comprend une série de billes 42 disposées entre une bague interne 44 et une bague externe 46 et maintenues en position grâce à une cage 48. De même, le roulement 50 comprend des billes 52, une bague interne 54, une bague externe 56 et une cage 58. En variante, d'autres roulements à corps roulants peuvent être utilisés à la place des roulements 40 et 50, par exemple des roulements à galets. La poulie 10 est équipée de gorges externes 14 conformées pour recevoir partiellement une courroie non représentée de transmission d'un couple, alors que le moyeu 20 définit un alésage interne 24 conformé pour recevoir l'arbre 2 et présentant des cannelures 26 facilitant la transmission d'un couple. Le dispositif 1 comprend également deux joints 82 et 84 fixés sur la poulie externe 10 et pourvus chacun d'une lèvre en appui glissant contre la surface 21 du moyeu 20. La roue libre 30 comprend, quant à elle, des cames de coincement 32 maintenues en place entre les éléments 10 et 20 par une cage 34. Les cames 32 sont disposées respectivement en regard d'une zone centrale 22 de la surface 21 définie entre les bagues 44 et 54 et qui forme un premier chemin de glissement, interne, pour ces cames. De même, les cames 32 sont disposées en regard d'une zone centrale 12 de la surface 11, définie entre les bagues 46 et 56 et qui forme un deuxième chemin de glissement, externe, pour les cames 32. Les chemins de glissement 12 et 22 sont cylindriques, à section circulaire et centrés sur l'axe X1. La géométrie d'une came 32 ressort plus particulièrement de la figure 2. Chaque came 32 comporte une surface de glissement externe 322 destinée à être en contact avec le chemin de glissement externe 12, ainsi qu'une surface de glissement interne 324 destinée à être en contact avec le chemin de glissement interne 22. Les centres de courbures respectifs C2 et C4 des surfaces 322 et 324 sont décalés l'un par rapport à l'autre, ce qui permet à chaque came 32 d'avoir un mouvement oscillant qui autorise une rotation de la poulie 10 par rapport au moyeu 20 dans le sens de la flèche F1 à la figure 2 mais bloque un mouvement inverse dans le sens de la flèche F2 car les cames basculent alors dans le sens de la flèche F3, ce qui entraine le coincement et l'immobilisation des deux éléments 10 et 20 l'un par rapport à l'autre. Selon un aspect non représenté de l'invention, la roue libre 30 peut comprendre un élément à ressort qui exerce sur chaque came 32 un effort élastique qui tend à ramener cette came dans une position moyenne proche de l'engagement, dans une sens de rotation opposé à la flèche F3. Normalement, une quantité de lubrifiant est prévue au sein de la roue libre 30 pour assurer un fonctionnement sans heurt de celle-ci, malgré les basculements répétés des cames 32 autour des centres C2 et C4. Il peut toutefois arriver que le lubrifiant s'échappe du volume intérieur de la roue libre 30 ou se concentre sur le chemin de glissement externe 12notamment par effet de centrifugation, rendant le chemin de glissement 22 non lubrifié en fonctionnement. Pour éviter un contact métal/métal entre les cames 32 et le moyeu 20, le chemin de glissement 22 comprend une couche 222 de disulfure de tungstène qui est destinée à recevoir en appui les surfaces de glissement 324 des cames 32 en fonction de leur orientation en pivotement autour du centre C2 et C4. Pour la clarté du dessin, l'épaisseur radiale e222 de la couche 222 est exagérée aux figures 1 et 2. En pratique, cette épaisseur est comprise entre 0,5 lm et 0,8 iim. Cette valeur d'épaisseur est suffisante pour que la couche 222 empêche un contact métallique direct entre les éléments 20 et 32, tout en évitant une épaisseur trop importante qui risquerait de voir la couche 222 se désolidariser du moyeu 20. La couche 222 est apposée sur le moyeu 20, par exemple, par dépôt physique en phase vapeur ou PVD (Physical Vapeur Deposition) ou au pistolet, cette deuxième méthode présentant l'avantage d'une grande simplicité et d'un coût de revient moindre que le dépôt par voie PVD. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 3, la structure de la couche 22 est cristalline et celle-ci comprend des cristaux 224 dont le diamètre cristallin D224 est compris entre 0,8 et 1,8 lm et dont l'épaisseur e224 est inférieure ou égale à 100 nanomètre (nm). Entre les cristaux 224 visibles à la figure 3, sont définis des pores 226 dans lesquels peut être emprisonnés une quantité de lubrifiant, tel qu'une graisse à base de savon de type polyurée ou di-urée et d'huile de type minérale, hydrocarbonée synthétique ou ester. En pratique, ce lubrifiant se trouve à l'intérieur de la roue libre, entre les chemins de glissement 12 et 22 et les couches 122 et 222 sont au contact de ce lubrifiant. Ainsi, en fonctionnement, la couche 222 est imprégnée de ce lubrifiant qui vient au contact de la surface 324 de chaque came 32 lorsque celle-ci est basculée dans le sens de la flèche F3. En variante, aucun lubrifiant n'est disposé dans les pores 226 et l'effet de « lubrification » entre les cames 32 et le moyeu 20 est obtenu uniquement grâce à la structure cristalline du disulfure de tungstène constituant la couche 222, dont l'arrangement induit des forces de Van Der Waals pour une fonction d'anti-glissement sans nécessité d'ajout de lubrifiant. Comme les cames 32 sont prévues pour transmettre un couple important lorsque la roue libre est configuration bloquée, la pression de contact entre les surfaces 324 et le chemin de glissement 22 est relativement élevée. En outre, les efforts de frottement lorsque les cames basculent dans le sens inverse de la flèche F3 à la figure 2 sont également élevés. Il est donc important de limiter des contacts métal/métal direct entre les cames 32 et le moyeu 20, autant que faire se peut. C'est justement ce que permet d'obtenir la couche de disulfure de tungstène 222. Selon un aspect optionnel de l'invention, le deuxième chemin de glissement 12 comprend également une couche 122 de disulfure de tungstène apposée sur la surface radiale interne 11 de la poulie 10 et destinée à recevoir en appui les surfaces 322 des cames 32. Selon un autre aspect optionnel de l'invention représenté uniquement sur la came de gauche de la figure 2, les surfaces 322 et/ou 324 des cames 32 peuvent, elles aussi, être revêtues d'une couche 3222 et/ou 3242 de disulfure de tungstène. Ceci participe également à limiter les frottements et les contacts métal/métal direct entre les cames 32 et leur environnement. Les couches 3222 et 3242 peuvent également être imprégnées de lubrifiant. En pratique, les épaisseurs et les structures cristallines des couches 122, 3222 et 3242 sont analogues à celles de la couche 222, ou inférieures. Selon un aspect de l'invention qui n'est pas représenté, les chemins de glissement 12 et 22 peuvent être ménagés sur des bagues disposées respectivement à l'intérieur de la poulie 10 et autour du moyeu 20, ces bagues étant solidaires, d'une part, de cette poulie et, d'autre part, de ce moyeu. Les modes de réalisation et variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer d'autres modes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS1.-Dispositif de poulie débrayable (1) comprenant - un organe central (20), - une poulie (10) montée autour de l'organe central - une roue libre (30) comprenant elle-même plusieurs cames (32) montées entre un premier chemin de glissement (22), ménagé sur une surface radiale externe (21) de l'organe central ou d'un élément solidaire de cet organe, et un deuxième chemin de glissement (12), ménagé sur une surface radiale interne (11) de la poulie ou d'un élément solidaire de la poulie, la roue libre assurant un embrayage unidirectionnel entre la poulie et l'organe central caractérisé en ce qu'au moins un chemin de glissement (12, 22) et/ou une portion (322, 324) des cames (32) destinée à interagir avec l'un ou l'autre des chemins de glissement comprend une couche (122, 222, 3222, 3242) de disulfure de tungstène (W52). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier chemin de glissement (22) comprend une couche (222) de disulfure de tungstène. 3.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième chemin de glissement (12) comprend une couche (122) de disulfure de tungstène. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des portions (322, 324) des cames (32) destinées à interagir avec l'un ou l'autre des chemins de glissement (12, 22) sont revêtues d'une couche de disulfure de tungstène. 5.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque couche (122, 222, 3222, 3242) de disulfure de tungstène a une épaisseur radiale (e222) comprise entre 0,5 lm et 0,8 lm. 6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le didisulfure de tungstène est sous forme cristalline, avec des cristaux (224) dont le diamètre cristallin (D224) est compris entre 0,8 et 1,5 lm et dont l'épaisseur (e224) est inférieure ou égale à 100 nm.35 7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue libre comprend un lubrifiant disposé entre le premier chemin de glissement (22) et le deuxième chemin de glissement (12), de manière à imprégner chaque couche (122, 222, 3222, 3242) de disulfure de tungstène avec le lubrifiant, notamment de graisse à base de savon de type polyurée ou di-urée et d'huile de type minéral, hydrocarbonée synthétique ou ester. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque couche (122, 222, 3222, 3242) de disulfure de tungstène remplit une fonction anti- glissement sans ajout de lubrifiant. 9.- Alternateur (2) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de poulie débrayable (1) selon l'une des revendications précédentes. 10.- Moteur à combustion interne (M) caractérisé en ce qu'il comprend une poulie débrayable (1) selon l'une des revendications 1 à 8 ou un alternateur (2) selon la revendication 9.