Brevet FR3048734A1 — publié le 20170915

PIGNON DE DEMARREUR DE VEHICULE AUTOMOBILE A PERFORMANCES ACOUSTIQUES AMELIOREES La présente invention porte sur un pignon de démarreur de véhicule automobile à performances acoustiques améliorées. 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 à un vilebrequin du moteur thermique par l'intermédiaire d'une couronne de démarrage. A cet effet, le lanceur est monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement entre une position de repos dans laquelle les dents d'un 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. De façon connue en soi, le pignon d'entraînement et la couronne du moteur présentent des flancs ayant un profil de courbure en développant de cercle. Cette forme géométrique est nécessaire pour garantir une transmission efficace de l'élément menant vers l'élément mené. La robustesse des dents du pignon ainsi qu'un entraînement silencieux nécessitent de maîtriser la précision de la courbure sur le flanc utile du profil correspondant à la zone d'engrènement afin d'éviter les chocs qui sont à l'origine de bruit et de vibrations. Toutefois, il existe une dispersion en sorte que le terme fHalpha correspondant à un écart entre le profil réel et le profil théorique attendu peut être négatif ou positif. La demanderesse a mis en évidence que les pignons ayant des dents à fHalpha positif, c'est à dire des dents localement plus épaisses dans la partie utile du profil, présentent des performances acoustiques meilleures que les pignons à fHalpha négatif. Cela est notamment dû à la déformation élastique de la dent sous la charge créant ainsi une variation de profil par rapport au profil théorique optimal. 3048734 2 L'invention vise à proposer une définition simple de la dent permettant d'obtenir des dents à fHalpha positif. A cet effet, l'invention concerne un ensemble comportant: - une couronne dentée de moteur thermique ayant une pluralité de dents, 5 ladite couronne dentée étant définie par un module et un angle de pression, - un démarreur comprenant un pignon apte à engrener avec ladite couronne dentée dudit moteur thermique, ledit pignon ayant une pluralité de dents est défini par un module et un angle de pression, caractérisé en ce qu'un produit pignon qui est le produit entre le module dudit 10 pignon et le cosinus de l'angle de pression dudit pignon est supérieur à un produit couronne égal au produit entre le module de ladite couronne dentée et le cosinus de l'angle de pression de ladite couronne dentée. Ainsi, en définissant le pignon relativement par rapport à des valeurs correspondantes de la couronne de démarrage, l'invention pourra facilement 15 être mise en oeuvre en phase de fabrication pour obtenir des pignons à fHalpha positif. On observe en outre que l'invention s'écarte des règles de l'art selon lesquelles on prévoit une égalité systématique entre le produit pignon et le produit couronne. Selon une réalisation, pour un produit de couronne valant 2.070, le produit 20 pignon est compris entre 2.079 et 2.084. Selon une réalisation, pour un produit de couronne valant 2.387, le produit pignon est compris entre 2.401 et 2.41. Selon une réalisation, pour un produit de couronne valant 2.415, le produit pignon est compris entre 2.425 et 2.431. 25 Selon une réalisation, pour toutes les dents dudit pignon, une épaisseur de chaque haut de dent est supérieure de 35 à 45 micromètres à une épaisseur d'un haut de dent d'un pignon qui aurait son produit pignon égal à celui du produit couronne. Cela permet de compenser la déformation élastique de la dent sous la charge créant une variation de profil du flanc de la dent. 30 Selon une réalisation, ledit pignon a pour chaque dent une épaisseur de haut de dent valant 2.012mm plus ou moins 0.036, et une épaisseur mesurée au 3048734 3 niveau d'une jonction entre un pied de dent et un flanc utile valant 11.95mm ou moins 0.11. Selon une réalisation, une face d'entrée dans la couronne dentée de chaque dent du pignon comprend un biseautage. Cela permet de faciliter l'insertion 5 de chaque dent de pignon dans l'espace d'engrenage entre deux dents correspondantes de la couronne. Selon une réalisation, ledit pignon est de type fritté. Selon une réalisation, ledit pignon a subi un traitement par cémentation. Selon une réalisation, ledit pignon est obtenu par frappe à froid. io 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 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; 15 La figure 2 est une vue en perspective d'un pignon selon la présente invention; La figure 3 est une vue détaillée d'une dent du pignon selon la présente invention montrant la différence entre un profil de flanc de dent à fHalpha positif par rapport à un profil classique de flanc de dent; 20 La figure 4 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 25 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. 3048734 4 Ce stator 13 comporte une culasse portant un ensemble d'aimants 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. 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 l'intérieur des encoches 26 généralement sur deux couches distinctes. Le 10 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. Un groupe de balais 23 et 24 est prévu pour l'alimentation électrique du 15 bobinage 18, l'un des balais 23 étant relié à la masse du démarreur 10 et 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 en rotation, permettant l'alimentation du rotor 12 par commutation du courant électrique dans des sections du rotor 12. 20 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. 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 25 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 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. 3048734 5 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 levier de commande 37. Le levier de commande 37 est actionné par le contacteur 27 pour déplacer l'ensemble lanceur 29 par rapport à l'arbre 5 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 d'entraînement 31 est désengagé de la couronne de démarrage du moteur thermique. Lors de l'activation du contacteur 27, une plaque de contact 10 interne (non représentée) permet d'établir une connexion entre les bornes 25 et 39 afin de mettre sous tension le moteur électrique. Cette connexion sera coupée lors de la désactivation du contacteur 27. La figure 2 montre le pignon 31 d'axe Y destiné à engrener avec la couronne de démarrage 45 du moteur thermique. Ce pignon 31 comporte un corps 41 15 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 l'arbre d'entraînement 28. Deux dents 42 adjacentes définissent entre elles un espace d'engrenage dans lequel est destinée à s'engager une dent 46 de 20 la couronne de démarrage 45. Comme on peut le voir sur la figure 3, chaque dent 42 d'axe Z comporte deux flancs de dent 49 opposés l'un par rapport à l'autre. Chaque flanc 49 comporte un flanc utile 51 destiné venir en contact avec un flanc utile correspondant de la couronne dentée 45 et un pied de dent 52 se 25 prolongeant à partir du flanc utile 51 correspondant. La couronne dentée 45 est définie par un module Mc et un angle de pression alpha_c, tandis que le pignon 31 est défini par un module Mp et un angle de pression alpha_p. Le produit pignon Mp*COS(alpha_p) égal au produit entre le module du pignon Mp et le cosinus de l'angle de pression du pignon 30 alpha_p est supérieur au produit couronne Mc*COS(alpha_c) égal au produit entre le module de la couronne dentée Mc et le cosinus de l'angle de pression de la couronne dentée alpha_c. 3048734 6 Pour les différents types de couronnes dentées 45 possibles correspondant aux conceptions standards, on définit les produits pignons permettant d'obtenir des pignons 31 à fHalpha positif suivant le tableau ci-après: Conception couronne fHalpha positif du pignon Module Angle de pression Produit Mp*COS(alpha_p) Mc(mm) Alpha_c (°) Mc * COS(alpha_c) mini maxi 2,11667 12 2,070 2,079 2,084 2,54 20 2,387 2,401 2,41 2,5 15 2,415 2,425 2,431 5 On définit le pas de base de la couronne 45 et du pignon 31 correspondant qui sont égaux au produit entre le module et l'angle de pression multiplié par 7C suivant le tableau ci-après: Conception couronne Pas de base - fHalpha positif du pignon angle de pression Pas de base emp*cos(alfap) Alfa_c 0 z*Mc*COS(alfa_c) mini maxi 12 6,504 6,531 6,547 20 7,498 7,543 7,571 15 7,586 7,618 7,637 10 Comme cela est bien visible sur la figure 3, par rapport au profil standard PS d'un flanc de dent 49 ayant un produit pignon Mp*COS(alfa_p) égal au produit couronne Mc*COS(alfa_c), la dent 42 du pignon 31 selon l'invention est plus épaisse en partie supérieure. Ainsi, pour toutes les dents 42 du 15 pignon 31, une épaisseur El de chaque haut de dent est supérieure de 35 à 45 micromètres à l'épaisseur d'un haut de dent d'un pignon 31 qui aurait son produit pignon égal à celui du produit couronne. Dans un exemple de réalisation, le pignon 31 a pour chaque dent une épaisseur El de haut de dent valant 2.012mm plus ou moins 0.036, et une 3048734 7 épaisseur E2 mesurée au niveau d'une jonction entre un pied de dent et un flanc utile valant 11.95mm plus ou moins 0.11. Comme cela est bien visible sur la figure 4, une face d'entrée dans la couronne dentée de chaque dent 42 du pignon comprend un biseautage 55 5 pour faciliter l'insertion de chaque dent 42 de pignon dans l'espace d'engrenage entre deux dents 46 correspondantes de la couronne 45. Ce biseautage 55 est réalisé sur une face d'extrémité axiale 56 de chaque dent 42 ayant une orientation radiale par rapport à l'axe Y du pignon 31. Afin d'obtenir aisément la forme du pignon 31, le pignon 31 pourra être un 10 pignon fritté obtenu par compactage d'une poudre à base de fer et de carbone dans un moule adapté. En outre, pour 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 15 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 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 20 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 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 25 pièce. Cela va permettre d'obtenir les transformations de structures métallurgiques et des modifications de dureté afin d'obtenir un profil de 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 30 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 mais pas sur le reste du profil de dureté. 3048734 8 Alternativement, le pignon 31 est obtenu par frappe à froid. 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. 5 REVENDICATIONS1. Ensemble comportant: - une couronne dentée (45) de moteur thermique ayant une pluralité de dents (46), ladite couronne dentée (45) étant définie par un module (Mc) et un angle de pression (alpha_c), - un démarreur (10) comprenant un pignon (31) apte à engrener avec ladite couronne dentée (45) dudit moteur thermique, ledit pignon (31) ayant une pluralité de dents (42) est défini par un module (Mp) et un angle de pression (alpha_p), caractérisé en ce qu'un produit pignon qui est le produit entre le module (Mp) dudit pignon (31) et le cosinus de l'angle de pression (alpha_p) dudit pignon (31) est supérieur à un produit couronne égal au produit entre le module (Mc) de ladite couronne dentée (45) et le cosinus de l'angle de pression (alpha_c) de ladite couronne dentée (46). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un produit de couronne valant 2.070, le produit pignon est compris entre 2.079 et 2.084. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un produit de couronne valant 2.387, le produit pignon est compris entre 2.401 et 2.41. 4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un produit de couronne valant 2.415, le produit pignon est compris entre 2.425 et 2.431. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour toutes les dents (42) dudit pignon (31), une épaisseur (El ) de chaque haut de dent est supérieure de 35 à 45 micromètres à une épaisseur d'un haut de dent d'un pignon qui aurait son produit pignon égal à celui du produit couronne. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit pignon (31) a pour chaque dent une épaisseur (El ) de haut de dent valant 2.012mm plus ou moins 0.036, et une épaisseur 3048734 10 E2 mesurée au niveau d'une jonction entre un pied de dent et un flanc utile valant 11.95mm plus ou moins 0.11. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une face d'entrée dans la couronne dentée de chaque 5 dent (42) du pignon (31) comprend un biseautage (55). 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit pignon (31) est de type fritté. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit pignon (31) a subi un traitement par cémentation. io 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit pignon (31) est obtenu par frappe à froid.