Brevet FR3048735A1 — publié le 20170915

PIGNON DE DEMARREUR DE VEHICULE AUTOMOBILE MUNI D'UN PIED DE DENT A RAYON DE COURBURE VARIABLE La présente invention porte sur un pignon de démarreur de véhicule automobile muni d'un pied dent à rayon de courbure variable. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les pignons frittés mais pourra être également mise en oeuvre avec des pignons forgés. Afin de démarrer un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, il est connu d'utiliser une machine électrique tournante sous la forme d'un démarreur pourvu d'un lanceur capable de transmettre une énergie de rotation du démarreur par le biais d'un pignon à un vilebrequin du moteur thermique par l'intermédiaire d'une couronne de démarrage d'un moteur thermique. A cet effet, le lanceur est monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement entre une position de repos dans laquelle les dents du pignon d'entraînement sont dégagées des dents de la couronne de démarrage, et une position d'activation dans laquelle les dents du pignon d'entraînement engrènent avec des dents de la couronne de démarrage. Le lanceur comprend en outre un corps de pignon sur lequel le pignon est monté. Le pignon est mobile entre une position engrené est une position comprimé en translation par rapport au corps de pignon dans le sens axial. Un ressort est en outre monté sur le corps de pignon entre le pignon et un épaulement du corps de pignon exerçant une force vers la position engrenée. Un tel pignon mobile sur un corps de pignon du lanceur permet de faciliter l'engrènement avec une couronne d'un moteur thermique qui tourne encore. Cela est notamment le cas pour un démarreur renforcé pour réaliser la fonction arrêt démarrage plus connue sous le nom 'stop start'. Il est connu d'utiliser des pignons frittés afin de réduire le bruit d'engrènement avec la couronne du moteur thermique. L'inconvénient de la matière frittée, est qu'elle présente une tenue mécanique relativement faible. Afin de réduire la contrainte en pied de dent d'un pignon correspondant à la zone de contrainte maximale, il est connu d'augmenter le rayon de pied de dent. Toutefois, l'augmentation de ce rayon génère une diminution du diamètre de 3048735 2 pied du pignon pouvant rendre la toile de pied du pignon trop fine pour pouvoir être traitée correctement par cémentation. En effet, ce type de traitement ayant un effet variable en fonction de la profondeur aura tendance à rendre cassant une toile trop fine en pied de pignon. 5 L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un démarreur pour moteur thermique d'un véhicule automobile, comprenant: - un corps de pignon comprenant des cannelures sur sa périphérie externe, - un pignon ayant un axe, ledit pignon monté mobile en translation axialement par rapport au corps de pignon entre une position engrené est 10 une position comprimé par rapport au corps de pignon dans le sens axial, le corps de pignon comprenant une périphérie interne comportant des cannelures en prise avec les cannelures dudit corps de pignon, ledit pignon comportant sur sa périphérie externe - des dents comportant chacune deux flancs de dent comprenant chacun: 15 - un flanc utile, et - un pied de dent se prolongeant à partir dudit flanc utile de la dent correspondante, caractérisé en ce que ledit flanc de dent comprend au moins un pied de dent délimité par une portion courbe présentant un rayon de courbure variable. 20 La portion courbe à rayon de courbure variable permet ainsi d'optimiser la forme de la dent pour son engrènement avec la couronne de démarrage, tout en revenant sur un diamètre en pied de dent relativement élevé. L'invention permet ainsi de réduire la contrainte tout en gardant un maximum de matière au niveau du diamètre de pied de dents du pignon pour améliorer la tenue 25 mécanique du pignon. Selon une réalisation, ledit rayon de courbure de ladite portion courbe varie de façon linéaire. Selon une réalisation, ladite portion courbe est une portion d'ellipse ayant un grand diamètre et un petit diamètre. 30 Selon une réalisation, ledit grand diamètre est incliné par rapport à un rayon dudit pignon. 3048735 3 Selon une réalisation, ledit grand diamètre de l'ellipse est incliné d'un angle compris entre 45 et 75 degrés. Selon une réalisation, ledit angle est de l'ordre de 60 degrés plus ou moins 5 degrés. 5 Selon une réalisation, ledit grand diamètre est compris entre 20 et 30mm. Selon une réalisation, ledit petit diamètre est compris entre 5 et 7mm. Selon une réalisation, une épaisseur entre deux dents successives mesurée radialement par rapport audit axe dudit pignon vaut au minimum 2,5mm. Selon une réalisation, ledit pignon est en matière frittée. Le dit pignon est 10 réalisé en matière fritté. Selon une réalisation, ledit pignon a subi un traitement par cémentation. Selon une réalisation, ledit pignon est obtenu par frappe à froid. Selon une réalisation, chaque dent comportant un flanc de dent utile entraîné et un flanc de dent utile entraînant, ladite portion courbe est réalisée du côté 15 des deux flancs. Selon une réalisation, une face d'entrée dans la couronne de chaque dent du pignon comprend un biseautage. Cela permet de faciliter l'insertion de chaque dent de pignon dans l'espace d'engrenage entre deux dents correspondantes de la couronne du moteur thermique du véhicule tel qu'une 20 voiture. Selon un mode de réalisation le lanceur comprend un ressort monté entre le pignon et la roue libre, le ressort est monté contraint de manière à pousser le pignon vers la position engrenée. Selon ce mode de réalisation un élément formant butée de fin de course est 25 en outre monté entre l'extrémité du corps de pignon et le pignon de manière à former une butée de position engrenée du pignon. L'élément formant butée peut être par exemple un anneau élastique monté dans une gorge annulaire 3048735 4 ou un cir-clips ou une rondelle inséré à force ou encore une rondelle de rappelle connue sous le nom de rondelle Belleville. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 5 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une représentation schématique de côté d'un démarreur de moteur thermique selon la présente invention; La figure 2 est une vue détaillée d'une dent du pignon selon la présente invention et de la courbure en ellipse permettant d'obtenir la forme courbe en io pied de dent; La figure 3 est une vue partielle d'un pignon mettant en évidence le gain en épaisseur obtenu grâce à l'invention; La figure 4 représente une courbe d'évolution du rayon de courbure en fonction de l'angle mesuré en pied de dent; 15 La figure 5 est une vue en perspective partielle d'un pignon selon la présente invention illustrant la forme biseautée réalisée sur la face d'entrée des dents. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un démarreur 10 pour 20 moteur thermique de véhicule automobile. Ce démarreur 10 à courant continu comprend, d'une part, un rotor 12, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe X, et d'autre part, un stator 13, encore appelé inducteur, positionné autour du rotor 12. Ce stator 13 comporte une culasse portant un ensemble d'aimants 25 permanents 15 destinés à produire un champ inducteur. Les aimants permanents 15 sont conformés selon des segments cylindriques, en étant angulairement répartis à intervalles réguliers à l'intérieur de la culasse. En variante, le stator 13 pourra être un stator bobiné. 3048735 5 Le rotor 12 comporte un corps de rotor 17 et un bobinage 18 enroulé dans des encoches du corps de rotor 17. Le corps de rotor 17 consiste en un paquet de tôles présentant des encoches longitudinales 26. Pour former le bobinage 18, des fils conducteurs en forme d'épingle 21 sont enfilés à 5 l'intérieur des encoches 26 généralement sur deux couches distinctes. Le bobinage 18 forme, de part et d'autre du corps de rotor 17, des chignons 19. Le rotor 12 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 22 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs du bobinage 18, formés dans l'exemple considéré par les épingles 21. 10 Un groupe de balais 23 et 24 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 18, au moins un des balais 23 étant relié à la masse du démarreur 10 et au moins un autre des balais 24 étant relié à une borne électrique 25 d'un contacteur 27. Les balais 23 et 24 viennent frotter sur le collecteur 22 lorsque le rotor 12 est 15 en rotation, pour permettre l'alimentation du rotor 12 par commutation du courant électrique dans des sections du rotor 12. Le contacteur 27 comprend, outre la borne 25 reliée au balai 24, une borne 39 reliée, via un élément de liaison électrique, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie. 20 Le démarreur 10 comporte en outre un ensemble lanceur 29 monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement 28 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 12. Un réducteur de vitesses 30 est interposé entre un arbre du rotor 12 et l'arbre d'entraînement 28. L'ensemble lanceur 29 comporte un élément 25 d'entraînement formé par un pignon 31 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur thermique, tel qu'une couronne de démarrage d'un moteur thermique. L'ensemble lanceur 29 comprend en outre une roue libre 32 et une rondelle 33 définissant entre elles une gorge 34 pour recevoir l'extrémité 35 d'un 30 levier de commande 37. La roue libre 29 comprend une piste interne formée sur un corps pignon sur lequel est monté le pignon. Le pignon est monté 3048735 6 coulissant axialement sur le corps de pignon. Le pignon peut donc translater axialement par rapport au corps de pignon entre une position engrené est une position comprimé par rapport au corps de pignon dans le sens axial. En position engrené le pignon est plus éloigné de la roue libre qu'en position 5 comprimé. Le corps de pignon et l'ensemble lanceur comprend en outre un ressort monté entre la piste de la roue libre et le pignon. Ce ressort peut être comprimé en position engrenée. En position comprimé, le ressort est plus comprimé qu'en position engrené. Le ressort exerce ainsi une force sur le pignon par rapport au corps de pignon vers la position engrené. L'ensemble 10 comprend en outre un élément formant butée de fin de course monté entre l'extrémité du corps de pignon et le pignon de manière à former une butée de position engrenée du pignon. L'élément formant butée peut être par exemple un anneau élastique monté dans une gorge annulaire ou un cir-clips ou une rondelle inséré à force ou encore une rondelle de rappelle connue sous le 15 nom de rondelle Belleville. Le levier de commande 37 est actionné par le contacteur 27 pour déplacer l'ensemble lanceur 29 par rapport à l'arbre d'entraînement 28, suivant l'axe X, entre une première position dans laquelle l'ensemble lanceur 29 entraîne le moteur thermique par l'intermédiaire du pignon d'entrainement 31, et une deuxième position dans laquelle le pignon 20 d'entraînement 31 est désengagé de la couronne de démarrage du moteur thermique. Lors de l'activation du contacteur 27, une plaque de contact interne (non représentée) permet d'établir une connexion entre les bornes 25 et 39 afin de mettre sous tension le moteur électrique. La figure 2 montre le pignon 31 d'axe Y destiné à engrener avec la couronne 25 de démarrage du moteur thermique. Ce pignon 31 comporte un corps 41 de forme globalement annulaire muni de dents 42 sur sa périphérie externe. Le pignon 31 comporte des cannelures 44 en périphérie interne destinées à coopérer avec des dentures de forme correspondante ménagées dans le corps pignon. Deux dents adjacentes 42 définissent entre elles un espace 30 d'engrenage 43 (cf. figure 3) dans lequel est destinée à s'engager une dent de la couronne de démarrage. Chaque dent 42 comporte chacune deux flancs de dent 47 opposés l'un par rapport à l'autre. On distingue un flanc entraînant, en contact avec la couronne de démarrage lors de la phase d'entraînement de la couronne par 3048735 7 le pignon et un flanc entraîné, en contact avec la couronne de démarrage lors de la phase d'entraînement du pignon par la couronne de démarrage. Chaque flanc 47 comporte un flanc utile 48 destiné venir en contact avec un flanc utile correspondant de la couronne de démarrage et un pied de dent 49 5 se prolongeant à partir du flanc utile 48 correspondant. Les pieds de dent 49 sont délimités par une portion courbe PC présentant un rayon de courbure variable de façon linéaire. En effet, comme on peut le voir sur la figure 4, lorsqu'on se déplace sur le flanc de dent 47 entre les points A et B de la figure 3 suivant un angle a, le rayon de courbure de la portion 10 courbe PC a tendance à diminuer de façon linéaire. Comme cela est illustré par la figure 2, la portion courbe PC est une portion d'ellipse ayant un grand diamètre L1 et un petit diamètre L2. Le grand diamètre L1 est incliné par rapport au rayon du pignon 31 passant par l'axe de symétrie Z1 de la dent 42 correspondante. Le grand diamètre L1 est 15 incliné d'un angle 13 compris entre 45 et 75 degrés et de l'ordre de 60 degrés plus ou moins 5 degrés. Dans un exemple de réalisation, le grand diamètre L1 est compris entre 20 et 30mm; tandis que le petit diamètre L2 est compris entre 5 et 7mm. Les portions courbes PC en regard l'une de l'autre de deux dents 42 successives sont symétriques par rapport à un axe Z2 situé entre 20 les deux dents 42 (cf. figure 3). Les portions courbes PC permettent ainsi d'optimiser la forme des dents 42 pour leur engrènement avec la couronne de démarrage, tout en revenant sur un diamètre en pied de dent relativement élevé. L'invention permet ainsi de conserver un maximum de matière au niveau du diamètre de pied de dents 25 49 pour améliorer la tenue mécanique du pignon 31. La partie hachurée de la figure 3 montre ainsi le gain en épaisseur obtenu par rapport à un pignon classique dans cette zone située entre le diamètre de base et le diamètre de pied définie par un profil en forme profil en développante de cercle suivit d'un rayon constant de raccordement avec le diamètre de pied de dents 49. Le 30 profil peut être en forme de trochoïde pour un pignon taillé. L'épaisseur L3 entre deux dents 42 successives mesurée radialement par rapport à l'axe du pignon 31 vaut ainsi au minimum 2,5mm. 3048735 8 Comme cela est bien visible sur la figure 5, une face d'entrée dans la couronne de chaque dent 42 comprend un biseautage 53 pour faciliter l'insertion de chaque dent 42 dans l'espace d'engrenage entre deux dents correspondantes de la couronne. Ce biseautage 53 est réalisé sur une face 5 d'extrémité axiale 54 de chaque dent 42 ayant une orientation radiale par rapport à l'axe Y du pignon. Le pignon 31 pourra être un pignon 31 fritté obtenu par compactage d'une poudre à base de fer et de carbone dans un moule adapté. Un tel procédé de fabrication permet d'obtenir aisément la forme en ellipse en pied de dent. 10 Afin d'améliorer sa tenue mécanique, le pignon 31 pourra subir un traitement par cémentation. Cette opération consiste en un traitement thermochimique, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un traitement thermique à haute température qui s'accompagne d'une modification de la composition chimique de l'alliage de base par enrichissement et d'une diffusion en carbone apporté par une 15 atmosphère du four riche en élément carbone. Le pignon 31 à traiter étant en contact avec cette atmosphère riche en carbone dans le four de traitement, le carbone va alors enrichir la surface puis diffuser sur une certaine profondeur créant ainsi un gradient de concentration en carbone décroissant depuis la surface et sur une certaine profondeur jusqu'à retrouver la teneur 20 initiale en carbone de l'alliage. Une fois cette étape réalisée à haute température, on procède ensuite à une opération de trempe consistant en une phase de refroidissement brutal de la pièce. Cela va permettre d'obtenir les transformations de structures métallurgiques et des modifications de dureté afin d'obtenir un profil de 25 dureté décroissant dans toute la couche superficielle cémentée (depuis la surface et sur une certaine profondeur). Enfin, les pièces ne restent pas à l'état brut de trempe (sinon elles seraient très fragiles). Les pièces subissent un revenu de détente qui a un léger impact sur la dureté en surface et à proximité, c'est-à-dire à une profondeur de l'ordre de 0.2mm par exemple 30 mais pas sur le reste du profil de dureté. Alternativement, le pignon 31 est obtenu par frappe à froid. 3048735 9 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Démarreur (10) pour moteur thermique d'un véhicule automobile, comprenant: - un corps pignon comprenant des cannelures sur sa périphérie externe, - un pignon (31) ayant un axe (Y), ledit pignon (31) monté mobile en translation axialement par rapport au corps de pignon entre une position engrené est une position comprimé par rapport au corps de pignon dans le sens axial, le corps de pignon comprenant une périphérie interne comportant des cannelures (44) en prise avec les cannelures dudit corps pignon, ledit pignon (31) comportant sur sa périphérie externe - des dents (42) comportant chacune deux flancs de dent (47) comprenant chacun: - un flanc utile (48), et - un pied de dent (49) se prolongeant à partir dudit flanc utile (48) de la dent (42) correspondante, caractérisé en ce que ledit flanc de dent (47) comprend au moins un pied de dent (49) délimité par une portion courbe (PC) présentant un rayon de courbure variable. 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rayon de courbure de ladite portion courbe (PC) varie de façon linéaire. 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite portion courbe (PC) est une portion d'ellipse ayant un grand diamètre (L1) et un petit diamètre (L2). 4. Démarreur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit grand diamètre (L1) est incliné par rapport à un rayon dudit pignon (31). 5. Démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit grand diamètre (L1) de l'ellipse est incliné d'un angle (13) compris entre 45 et 75 degrés. 6. Démarreur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit angle (13) est de l'ordre de 60 degrés plus ou moins 5 degrés. 3048735 11 7. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit grand diamètre (L1) est compris entre 20 et 30mm. 8. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, 5 caractérisé en ce que ledit petit diamètre (L2) est compris entre 5 et 7mm. 9. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une épaisseur (L3) entre deux dents (42) successives mesurée radialement par rapport audit axe (Y) dudit pignon (31) vaut au minimum 2,5mm. 10 10. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit pignon (31) réalisé en matière frittée. 11. Démarreur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit pignon (31) a subi un traitement par cémentation. 12. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 15 caractérisé en ce que ledit pignon (31) est obtenu par frappe à froid. 13. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque dent (42) comportant un flanc de dent entraîné et un flanc de dent entraînant, ladite portion courbe (PC) est réalisée du côté des deux flancs. 20 14. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une face d'entrée dans la couronne de chaque dent (42) dudit pignon (31) comprend un biseautage (53).