Brevet FR3017663A1 — publié le 20150821

- 1 - DISPOSITIF ET PROCEDE DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention concerne le démarrage du moteur thermique sur un véhicule à motorisation thermique ou 5 hybride, au moyen d'un démarreur électrique. Plus précisément, elle a pour objet un procédé et un dispositif de démarrage d'un moteur thermique, comportant un moteur électrique de démarrage d'un moteur thermique qui entraîne en rotation un pignon déplaçable en translation 10 sous la commande d'une fourchette actionnée par le noyau d'un solénoïde, entre deux positions dans lesquelles ce pignon est respectivement dégagé de la couronne dentée d'un volant d'inertie du moteur thermique, ou engagé avec celle-ci pour lancer le moteur thermique lors de sa mise en 15 service. Le bruit et le temps de démarrage du moteur thermique sont toujours remarqués par les usagers d'un véhicule automobile. Ces deux aspects sont communément acceptés sur des véhicules où l'occurrence des démarrages reste faible, 20 par exemple un démarrage du moteur par trajet. Lorsque le démarrage du moteur thermique doit s'effectuer plusieurs fois par trajet, il faut parvenir à réduire le temps et le bruit de ce démarrage. Ce besoin est important sur des véhicules équipés de la fonction d'arrêt / redémarrage du 25 moteur thermique à l'arrêt du véhicule, et/ou sur des véhicules à motorisation hybride. Pour ces derniers, il est particulièrement important que le temps de mise en service du moteur thermique soit le plus court possible, lorsque le couple thermique doit remplacer systématiquement le couple 30 électrique sur certaines plages d'utilisation. Lors de la mise en action du démarreur, après une phase de fonctionnement avec une machine électrique peu bruyante, le bruit d'engagement du pignon de démarreur est perceptible. Il gêne d'autant plus le conducteur, que celui-ci subit le 35 démarrage automatique. Il faut donc réduire le délai de mise - 2 - en oeuvre du moteur, pour conserver l'agrément de conduite en phase d'accélération. Par les publications US 2009/0151684 et EP 1 908 954, on sait maintenir un pignon de démarreur sur la couronne du volant moteur, de manière à éviter le choc du pignon de démarreur sur la couronne, en utilisant une roue libre afin de libérer le démarreur lorsque le moteur thermique tourne. D'autres systèmes reposent sur un pilotage permanent du démarreur. Ils engagent le pignon de démarreur contre la couronne du volant moteur, lorsque certaines conditions sont remplies, par exemple lorsque le véhicule ralentit, et que sa vitesse tombe sous un seuil minimum où le moteur thermique a été arrêté alors que le véhicule continue à se déplacer. Certaines publications prévoient de maintenir le pignon contre la couronne, grâce à l'action d'un solénoïde activé par un courant de pilotage. Cette solution présente l'inconvénient de devoir comparer en permanence la vitesse de la couronne à celle du pignon. Elle oblige en plus à maintenir en continu un courant de pilotage, avec des signaux de référence particuliers pour interdire la détection d'un redémarrage automatique pendant la phase d'engagement du pignon. La présente invention vise à diminuer le temps de 25 mise en service du démarreur, ainsi que le bruit associé à celle-ci, sans imposer de contrôle de vitesses, ni de courant de maintien du pignon contre la couronne du volant. Dans ce but, elle prévoit un système de rappel et de blocage du pignon en position engagée, intervenant 30 systématiquement dès la coupure du moteur thermique pour maintenir le pignon dans cette position en attente de la mise en service suivante. De préférence, l'engagement du pignon avec la couronne intervient avant que le circuit de puissance du 35 moteur électrique soit fermé. La présente invention sera mieux comprise à la lecture - 3 - de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de démarreur conventionnel, la figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention, lorsque le moteur thermique est en rotation, la figure 3 montre le même dispositif, avec le 10 pignon de démarrage engagé, lorsque le moteur thermique est à l'arrêt, la figure 4 montre le même dispositif avec le pignon de démarrage engagé, en phase de démarrage du moteur thermique, 15 la figure 5 montre le même dispositif en phase de démarrage du moteur thermique avec dégagement du doigt de blocage du pignon, - la figure 6 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention, lorsque le moteur thermique est 20 en rotation, - la figure 7 montre le même dispositif, avec moteur thermique à l'arrêt et engagement du pignon, - la figure 8 montre le même dispositif en phase de redémarrage du moteur thermique, et 25 la figure 9 montre le même dispositif avec le moteur thermique en rotation et désengagement du pignon. Sur un dispositif de démarrage conventionnel, tel que celui de la figure 1, la phase de mise en route du moteur thermique (non représenté) s'effectue par la translation 30 d'un pignon de démarreur 1, au contact d'une roue dentée solidaire du vilebrequin (non représenté). Cette translation s'effectue généralement par le coulissement du pignon 1 sur un axe à cannelures hélicoïdales sous l'action d'une fourchette 3, poussant sur le pignon. Le bras de la 35 fourchette pivote sous la poussée du noyau 4 d'un enroulement 6 (dont on distingue l'enroulement de maintien - 4 - 6a et l'enroulement d'appel 6b), lors de la fermeture du contact de démarrage 7, sur son circuit de commande 7a. Une fois l'engagement du pignon 1 sur la couronne réalisé, le moteur électrique, ou démarreur proprement dit 8, est mis en route, par fermeture de son circuit de puissance 9, pour faire monter en régime le moteur thermique avant le déclenchement des premières combustions. Une fois la combustion initiée, le circuit d'alimentation électrique de l'enroulement 6 est ouvert. Un ressort de rappel 10 repousse le noyau 4, ce qui entraîne la coupure de l'alimentation électrique du démarreur 8 et le désengagement du pignon et de la couronne. Le dispositif de démarrage des figures 2 à 9 comporte comme celui de la figure 1 un moteur électrique de démarrage 8 du moteur thermique entraînant en rotation un pignon 1 déplaçable en translation sous la commande d'une fourchette 3 actionnée par le noyau 4 d'un enroulement 6, 18 entre deux positions dans lesquelles il est respectivement dégagé de la couronne dentée 2 d'un volant d'inertie du moteur thermique, ou engagé avec celle-ci pour lancer le moteur thermique lors de sa mise en service. Il comporte aussi un système de rappel et de blocage 11, 18 du pignon 1 en position engagée, intervenant systématiquement, dès la coupure du moteur thermique, pour maintenir le pignon dans cette position, en attente de la mise en service suivante. Sur les figures 2 à 5, le moyen de blocage est un doigt rétractable 16 capable de bloquer le noyau 4 de l'enroulement 6 pour interdire le dégagement du pignon 1 à l'écart de la couronne 2. Le système de blocage 11 comprend un deuxième noyau 12, entouré d'un enroulement 13, relié par son propre circuit de commande 13a à l'unité de contrôle moteur (ECM) 14 du moteur. Le doigt de blocage 16 est fixé sur le noyau 12 de l'enroulement 13, dont le circuit d'alimentation 13a commande le déplacement du noyau 12 dans une position de déblocage du pignon 1 vers une position de repos. Lorsque le circuit 13a est alimenté, le noyau 12 et - 5 - le doigt 16 sont déplacés vers le haut à l'écart d'une position de repos, dans laquelle ils sont rappelés par le ressort 17, lorsque l'alimentation est coupée. Sur la figure 2, le dispositif de démarrage est au 5 repos, pignon 1 dégagé de la roue dentée 2. Dans cette situation, le moteur thermique peut être en rotation. Sur la figure 3, le pignon 1 est engagé sur la roue dentée 2. Il est maintenu dans cette position par la fourchette 3, qui est retenue par le doigt de blocage 16. Le 10 circuit de commande 7a est déjà fermé, mais le circuit de puissance 9 est encore ouvert. Le démarreur 8 alimenté par le courant de fuite de l'enroulement 6a tourne légèrement afin de faciliter l'engagement du pignon 1 sur la roue dentée 2. Le moteur thermique est à l'arrêt. 15 Sur la figure 4, le circuit de puissance 9 est fermé. Le démarreur 8 est en rotation. Le dispositif est en phase de démarrage du moteur thermique. La figure 5 montre la suite du démarrage, avec le retrait du doigt 16. 20 Lorsque le moteur thermique doit être démarré, le dispositif passe de la figure 2 à la figure 3 par fermeture du contact de démarrage 7 sur le circuit de commande 7a : le noyau 4 se déplace vers la droite et le doigt bloqueur 16 s'engage derrière le noyau 4 et maintient déjà le pignon 1 25 contre la roue dentée 2, avant que la fermeture du circuit de puissance 9 déclenche l'alimentation électrique du démarreur 8 (figure 4). Pour cela, une loi de courant classique est appliquée aux bornes de l'enroulement 6, ce qui l'amène à fermer le contact 9a du circuit de puissance 9 30 alimentant le moteur électrique 8 (démarreur). Une fois le moteur thermique mis en service, et avant la coupure du circuit de puissance 9, le doigt bloqueur 16 est désengagé (figure 5). Un courant est appliqué aux bornes de l'enroulement 13 déplaçant le noyau 12 vers le haut 35 libérant le noyau 4 qui poussé par le ressort de rappel 10 repousse le bras de la fourchette 3, amenant le pignon 1 à - 6 - se désengager de la roue dentée 2, pour revenir à la figure 2. L'invention prévoit d'engager le pignon 1 sur la roue 2, dès la coupure du moteur thermique, pour retrouver la figure 3, grâce à l'engagement du doigt de blocage 16. A cet effet, l'enroulement 6 entourant le noyau 4 est alimenté avec un courant électrique, contrôlé de manière à plaquer le pignon 1 contre la roue dentée 2, sans plaquer le noyau 4 contre l'interrupteur 9a de fermeture du circuit de puissance 9. Lorsque le pignon 1 arrive au contact de la roue dentée 2, le doigt de blocage 16 vient verrouiller le noyau 4 dans la position où la fourchette 3 plaque le pignon 1 contre la roue dentée 2. Une fois le verrouillage effectué, le courant électrique alimentant l'enroulement 6 est coupé. Le pignon de démarreur 1 est ainsi engagé à l'avance avec la roue dentée 2, en attente du démarrage suivant, ce qui permet de réduire le temps de démarrage du moteur thermique lors de sa mise en service. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré par les figures 6 à 9, le dispositif comporte un enroulement bistable 18 composé du noyau 4 et de deux enroulements 18a, 18b constituant avec celui-ci un système d'engagement et de désengagement, qui sont alimentés de façon indépendante, pour déplacer le noyau 4 dans le sens de l'engagement ou du désengagement du pignon 1. Le moyen de blocage du pignon est donc le noyau 4 du système bistable 18. Sur dentée 2, s'arrête, et bloque se place la figure 6, le pignon 1 est dégagé de la roue comme sur la figure 2. Lorsque le moteur thermique l'enroulement d'engagement 18a engage le noyau 4 le pignon 1 contre la roue dentée 2. Le dispositif dans l'état de la figure 7, et bloque le pignon 1 contre sous l'action de l'enroulement 18a, qui engage la roue dentée 2. A ce stade, le courant électrique d'engagement est contrôlé de manière à réaliser le placage du pignon 1, sans plaquer le noyau 4 contre l'interrupteur - 7 - de fermeture 9a du circuit de puissance 9. Une fois le pignon 1 engagé sur la roue dentée 2, l'alimentation d'engagement est coupée. Le noyau 4 est dans la position où la fourchette 3 plaque le pignon 1 contre la roue dentée. Le pignon de démarreur est alors « pré-engagé » contre la roue dentée, ce qui permet de réduire le temps de démarrage du moteur thermique lors de son utilisation suivante. Lorsque le moteur thermique doit être démarré (figure 8), le noyau 4 est déjà en position et maintient le pignon 1 contre la roue dentée 2, à l'aide de la fourchette 3. Il reste à déclencher l'alimentation électrique du démarreur 8. Pour cela, une loi de courant classique est appliquée aux bornes de l'enroulement d'engagement 18a, ce qui l'amène à fermer le contact 9a du circuit de puissance 9. Une fois le moteur thermique mis en service, l'enroulement de désengagement 18b est alimenté, afin de repousser le bras de la fourchette, pour dégager le pignon 1 de la roue dentée, comme indiqué sur la figure 9. En résumé, dès que le moteur thermique s'arrête ou 20 est coupé, le pignon de démarreur s'engage sur la couronne du volant d'inertie du moteur thermique. Dans les deux modes de réalisation non limitatifs décrits ci-dessus, le dispositif comporte un moyen de blocage commandé électriquement pour autoriser le rappel du 25 pignon en position d'engagement, et le bloquer dans cette position lors de l'arrêt du moteur thermique, et pour le libérer vers sa position de désengagement, une fois que le moteur thermique est lancé. Les avantages de l'invention sont nombreux. Outre le 30 gain de temps obtenu à chaque démarrage du moteur, il faut souligner que le bruit intense du choc du pignon sur la roue dentée est évité. Cet avantage est considérable sur un GMP hybride, où le démarrage du moteur thermique intervient en roulage sur un mode électrique, très silencieux. Dans les 35 deux modes de réalisation décrits, la loi de pilotage du courant de commande due l'enroulement peut en outre être - 8 - adaptée pour réduire davantage le choc d'accostage du pignon. REVENDICATIONS1. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique comportant un moteur électrique (8) de démarrage du moteur thermique entraînant en rotation un pignon (1) déplaçable en translation sous la commande d'une fourchette (3) actionnée par le noyau (4) d'un enroulement (6, 18) entre deux positions dans lesquelles il est respectivement dégagé de la couronne dentée (2) d'un volant d'inertie du moteur thermique, ou engagé avec celle-ci pour lancer le moteur thermique lors de sa mise en service, caractérisé en ce qu'il comporte un système de rappel et de blocage (11, 18) du pignon (1) en position engagée intervenant systématiquement dès la coupure du moteur thermique pour maintenir le pignon dans cette position en attente de la mise en service suivante. 2. Dispositif de démarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'engagement du pignon (1) avec la couronne (2) intervient dès l'arrêt du moteur thermique. 3. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de blocage (16) commandé électriquement pour autoriser le rappel du pignon en position d'engagement et le bloquer dans cette position lors de l'arrêt du moteur thermique, et pour le libérer vers sa position de dégagement une fois que le moteur thermique est lancé. 4. Dispositif de démarrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de blocage est un doigt rétractable (16) capable de bloquer le noyau (4) de l'enroulement (6) pour interdire le dégagement du pignon (1) à l'écart de la couronne (2). 5. Dispositif de démarrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le doigt de blocage (16) est fixé sur le noyau (12) repoussé par un ressort (17) qui assure le déplacement du noyau (12) dans une position de blocage du pignon (1) à l'écart d'une position de repos dans laquelle- 10 - il est rappelé par l'alimentation d'un enroulement (13). 6. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un enroulement bistable (18) composé d'un noyau comprenant 5 deux enroulements (18a, 18b) constituant avec le noyau (4) un système d'engagement et de désengagement, qui sont alimentés de façon indépendante, pour déplacer le noyau (4) dans le sens de l'engagement ou du désengagement du pignon (1). 10 7. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque le moteur thermique s'arrête, l'enroulement d'engagement (18a) engage et bloque le pignon (1) contre la roue dentée (2). 8. Dispositif de démarrage selon la revendication 7, 15 caractérisé en ce que le courant électrique d'engagement est contrôlé de manière à réaliser le placage du pignon(1), sans plaquer le noyau (4) contre l'interrupteur de fermeture (9a) du (9) du circuit de puissance. 9. Dispositif de démarrage selon la revendication 8, 20 caractérisé en ce que l'alimentation est coupée, lorsque le pignon (1) est engagé avec la roue dentée (2). 10. Procédé de commande du démarrage d'un moteur thermique entraînant en rotation un pignon (1) déplaçable en translation sous la commande d'une fourchette (3) actionnée 25 par le noyau (4) d'un solénoïde (6, 18) entre deux positions dans lesquelles il est respectivement dégagé de la couronne dentée (2) d'un volant d'inertie du moteur thermique, ou engagé avec celle-ci pour lancer le moteur thermique lors de sa mise en service, caractérisé en ce que le pignon (1) 30 est rappelé et bloqué systématiquement en position engagée, dès la coupure du moteur thermique pour maintenir le pignon dans cette position en attente de sa mise en service suivante, et en ce que l'engagement du pignon (1) avec la couronne (2) intervient dès l'arrêt du moteur thermique. 35