EP1478845A1 - Demarreur electrique a butee d amortissement pour le lanceur - Google Patents

Demarreur electrique a butee d amortissement pour le lanceur

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Publication number
EP1478845A1
EP1478845A1 EP03722679A EP03722679A EP1478845A1 EP 1478845 A1 EP1478845 A1 EP 1478845A1 EP 03722679 A EP03722679 A EP 03722679A EP 03722679 A EP03722679 A EP 03722679A EP 1478845 A1 EP1478845 A1 EP 1478845A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pinion
electric starter
starter according
elastic element
stop
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03722679A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard Vilou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP1478845A1 publication Critical patent/EP1478845A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/022—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch
    • F02N15/023—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch of the overrunning type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N15/022—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch
    • F02N15/025—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch of the friction type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F02N15/067—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement the starter comprising an electro-magnetically actuated lever

Definitions

  • the invention relates to an electric starter for a combustion engine of a motor vehicle, said starter comprising:
  • a launcher equipped with a pinion for driving a ring gear of the flywheel of the combustion engine, said pinion being able to slide axially on the output shaft between a rest position in which it is disengaged from the crown, and an active working position in which it meshes with said crown,
  • a stop arranged on the output shaft to limit the stroke of the launcher in the active working position.
  • a motor vehicle starter comprises in a conventional manner, a rotary electric motor 100 whose output shaft 12 is equipped with a movable pinion 14 intended to cooperate with a toothed crown 15 of the flywheel to ensure starting the combustion engine (not shown) of the vehicle.
  • the pinion 14 is slidably mounted on the output shaft 12 between a rest position in which it is disengaged from the toothed ring, and an active working position in which it meshes with said ring, which is linked in rotation to the crankshaft of the vehicle combustion engine.
  • the electric motor 100 of the starter is associated with a contactor CT with an electromagnet disposed above the electric motor 100, and having a double function of supplying the electric motor 100 with current, and of moving the movable pinion 14 between the two rest and work positions.
  • the excitation of the electromagnet of the CT contactor is controlled by actuation of the ignition key, which establishes the electrical circuit towards the battery, following the closing of the main power contact CP of the contactor CT.
  • the movable core 23 of the contactor CT is mechanically connected by a control lever 16 to a launcher 18 comprising the pinion 14 and a freewheel transmission device 20.
  • the control lever 16 in the form of a fork is pivotally mounted on an axis 22, and the freewheel 20 is interposed axially between the pinion 14 and a drive hub 24, which is actuated by the control lever 16.
  • the output shaft 12 is rotatably mounted in a casing 26 via a pair of bearings 28, 29.
  • the drive hub 24 comprises two series of helical grooves of complementary shapes, arranged respectively on the output shaft 12, and in an internal cylindrical sleeve of the drive hub 24.
  • the pinion 14 is thus secured to the drive hub 24 by the freewheel transmission device 20, which makes it possible to drive the pinion 14 in a direction of rotation corresponding to that of the output shaft 12 during the normal phase of starting, and disengaging the mechanical rotation drive link when the speed of rotation of the pinion 14 is greater than that of the drive hub 24.
  • the presence of the freewheel transmission device 20 prevents the pinion 14 in engagement with the crown, driving the rotor of the electric motor 100 at an excessive speed liable to damage the latter. Such a situation can occur when the driver does not cut the power to the contactor immediately after starting.
  • a stop 30 is arranged on the output shaft 12 on the side of the bearing 28 to limit the stroke of the starter 18 in the active working position when the pinion 14 drives the thermal engine in rotation. Stop 30 is axially immobilized on the shaft 12 by a rod 32 housed in an annular groove 34.
  • the starter When the starter is energized, the pinion 14 is moved in translation by the lever 16 in the direction of the arrow F.
  • the speed acquired by the launcher 18 is important. Due to this speed, the mass of the launcher 18, and the mechanical rigidity of the parts in contact, this results in an impact which results in a high instantaneous mechanical stress on the pinion 14 and the stopper 30, and in noise. brief but noticeable by the driver and those in the vicinity of the vehicle.
  • the object of the invention is to reduce the noise of the starter at the end of engagement of the pinion in the drive ring of the heat engine.
  • the device according to the invention is characterized in that the stop is composed of a metal ring and an elastic element, which is arranged to absorb the shock when the pinion comes into engagement.
  • the material of the elastic element is chosen according to its elastic, damping and mechanical properties. The effect of such a shock absorber makes it possible to obtain a limitation of the compressive force due to the impact energy distributed over a greater duration than that generated with a conventional system where contact takes place metal on metal. This results in a reduction in noise emission during start-up.
  • the elastic element has a shape of a circular torus with rectangular section, and constituted by a stud of elastomeric material fixed to the ring, said stud being deformable as the crushing under the thrust of the pinion.
  • the elastic element comprises means for obtaining a stiffness that is higher the greater the crushing.
  • the front surface is equipped for this purpose with projections intended to make the braking of the pinion more progressive.
  • the ring of the stop can be provided with a protuberance oriented towards the pinion to limit the crushing of the damping pad
  • the elastomer damping pad can be provided with a resistant element, for example a washer in treated steel against which the pinion comes into contact.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a starter launcher of the prior art
  • FIG. 2 shows a sectional view of the stop of the launcher according to the invention
  • - Figure 3 shows an alternative embodiment of the damper associated with the stop of Figure 2
  • - Figure 4 illustrates a diagram as a function of time of the compression force exerted by the pinion on the stop, respectively for a starter of the prior art (curve 1), and according to the invention (curve 2);
  • FIG. 6 represents the diagram of the compression force exerted on the stop of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a schematic view of an embodiment of a starter ancestor associated with the contactor according to the invention.
  • FIG. 11 is a front view of the elastic washer fitted to the launchers of FIGS. 9 and 10.
  • the stop 30 is composed of a metal ring 31 and an elastic element 40, which is affixed against the bearing face 38 of the ring 31, to absorb the shock during the coming in engagement with the front face 36 of the pinion 14.
  • the elastic element 40 has the shape of a circular torus with rectangular section, and is made of a material chosen according to its elastic properties, damping and mechanical strength.
  • the damper In the case of a molded elastomer, it is advantageously possible to shape the damper to have a limited contact surface at the start of contact with the pinion 14.
  • the elastomer is deformable as the element is crushed elastic 40 under the thrust of the pinion 14.
  • the contact surface gradually increases, which makes the part more difficult to deform.
  • the front surface 52 of the elastic element 40 is equipped with projections 42 to obtain a stiffness which is all the higher as the crushing is tall. This property makes the braking of the pinion 14 more progressive for a given crushing stroke, which reduces the shock points, and therefore the noise.
  • the damping effect resulting from the presence of the elastic element 40 generates an instantaneous compression force whose tip is limited due to a shock energy spread over a longer period of time.
  • the torque transmitted by the starter creates, via the helical splines of the starter 18, a contact force F e on the stopper 30.
  • the contact takes place metal on metal, and there is a shock point F1p of duration t1 on curve 1.
  • the point F2p on the curve 2 is less than F1p, and the duration t2 is greater than t1.
  • the intensity of the shock is reduced, and it is spread over time, which is very favorable for reducing the sound emission.
  • the ring 31 of the stop 30 is provided with a tubular protuberance 44 oriented towards the pinion 14, so as to delimit a toroidal housing 46 having a rectangular section ABED extending between the periphery of the shaft 12 and the internal wall of the protuberance 44.
  • the damper 40 is formed by a stud of rectangular section DFCG, the volume of which is less than or equal to the volume of the housing 46 in the ring.
  • the shock absorber 40 for example made of elastomer undergoes wear by friction on its contact face with the pinion 14 with risks of degradation of the damping effect.
  • the damper 40 can be provided on its front face 52 with a resistant element 48 against which the pinion 14 comes into contact.
  • the resistant element 48 consists, for example, of a washer made of treated steel.
  • this resistant element 48 can be applied to the front face 52 of the damper 40, this front face being fitted or not with projections 42.
  • the elastic element 40 can be assembled by gluing, clipping, stapling, crimping, or any other known means.
  • the elastic element 40 can be mounted slightly tightened on the shaft 12, so as to remain linked in translation and rotation by its own elasticity, thus preventing any movement caused by the vibrations of the heat engine.
  • the elastic element 40 may consist of a metal washer with elastic deformation, in particular a Grower washer, a conical washer, a compacted block of braided stainless steel wires, etc.
  • the freewheel device 20 is of the type comprising rollers known in a conventional manner.
  • the pinion 14 reaches the end of travel against the stop 30, this results in a shock which results in a high instantaneous mechanical stress on the pinion 14 and the stop 30.
  • this shock is reduced by the presence of 'a damping element 40 as described above.
  • the freewheel is of the type comprising rollers there is also a radial damping component resulting from the radial deformation of the elastic bell 50 under the radial pressure of the rollers as soon as the pinion comes into abutment.
  • a conical clutch launcher has the advantage of being light, less bulky and with a reduced number of components which makes it very economical.
  • a coupling device with a conical clutch 7 (FIG. 8) is provided for coupling the pinion 14 to the driver 24.
  • the conical clutch 7 comprises (FIGS.
  • the coupling device comprises, on the one hand, a coupling piece of hollow shape having a bottom extended by an annular skirt directed axially towards one of the pinion elements 14 - driver 24 and, on the other hand, elastic means 10 with axial action resting on a first integral stop of the coupling piece for action on a second stop 4 'secured to one of the pinion elements 14 - driver 24.
  • the elastic means 10 are carried by the skirt 1b (FIG. 9) or 12b (FIG. 10) of the part hitch .
  • This skirt on the one hand, internally carries one of the first and second surfaces 8, 8 ′ and, on the other hand, is, via the bottom of the coupling piece, secured to one of the pinion elements 14 - launcher 24, which is associated with the surface 8, 8 ′ carried internally by the skirt, more precisely by the internal periphery thereof.
  • a groove 51 is provided to cooperate with the control lever 16 in the form of a fork.
  • the contact diameter of the first surface 8 with the second surface 8 ' is greater than the diameter of the head circle of the teeth of the pinion.
  • the first or second surface 8, 8 'carried by the skirt 1b, 12b is axially longer than the other second or first surface 8', 8.
  • the elastic means 10 are carried by the free end of the skirt 1b, 12b and extend in axial projection relative to said other second or first surface 8 ', 8.
  • the transverse shoulder is extended at its internal periphery by an annular bearing 4 "generally of axial orientation delimiting with said shoulder a removal of material to accommodate at least partially the elastic means with axial action 10.
  • the elastic means with axial action here have the form of a circlip and are received in a groove produced at the internal periphery of the free end of the skirt.
  • These elastic means alternatively have claws intended to come into resilient engagement with the internal periphery of the free end of the skirt of the coupling piece.
  • the elastic means with axial action 10 comprise tongues
  • the tongues 10b are bent axially and comprise a washer 10a.
  • the elastic means with axial action 10 comprise a washer 10a surrounding the elastic tongues 10b.
  • the tongues 10b consist of arms in the form of an annular sector extending circumferentially in overhang on either side of a rooting zone 10d.
  • the washer 10a has a radial slot 10g symmetrically affecting one of the two rooting zones 10d; four arms 10b being provided at the rate of two arms per zone 10b.
  • the first stop is formed by means of a circlip or a stop ring mounted in a groove produced at the internal periphery of the free end of the skirt.
  • the elastic means 10 can then consist of at least one Belleville washer or at least one wavy washer see a frustoconical coil spring bearing on the circlip or the ring for action on the driver (figure 9) or on the pinion (figure 10) for controlled tightening of surfaces 8 , 8 '.
  • the first stop is attached to the free end of the skirt.
  • the elastic means with axial action comprise an elastic washer.
  • the free end of the skirt consists of a tubular extension.
  • the skirt of the coupling piece is frustoconical.
  • Advantageously for dust evacuation and detachment of the surfaces 8, 8 'one of the first and second friction surfaces 8, 8' has for contact with the other surface of the grooves and one at least a first and second friction surface 8.8 'is alternatively constituted by a friction lining.
  • the pinion 14 is in one piece with the coupling part generally in the shape of a bell and this coupling part is fixed on the pinion.
  • the coach is in an embodiment obtained by molding, for example being made of plastic.
  • molding for example being made of plastic.
  • FIG. 8 we see the decomposition of the forces when the pinion 14 is in contact with the working stop 30.
  • the initial pressure of the elastic means between the stops produces a friction torque between the driver and the pinion which is always, by construction, greater than the torque necessary for screwing and advancing the launcher on the shaft 12. This condition allows the self-priming movement of the launcher between its rest position and its advanced position against the working stop 30 at the start of the vehicle engine drive phase via the starter ring.
  • This blocking of movement between the pinion and the driver depends in particular on the angles and diameters of the frustoconical friction surfaces.
  • This force Fa is itself decomposed at the frustoconical friction surfaces to create a normal contact force Fc, which generates a tangential force Ft at the frustoconical surfaces 8, 8 ′ as a function of the coefficient of friction between these surfaces.
  • the value of this force Ft multiplied by the average contact radius of the frustoconical friction surfaces determines the torque Ce transmitted by the conical clutch 7.
  • the coefficient of proportionality between Fa and Fc depends on the angle of the cone between the two frustoconical friction surfaces.
  • Ft is related to Fc and to the coefficient of friction fc between the two materials of the frustoconical friction surfaces of the clutch 7.
  • a is the value of the half-angle at the top of the cone of contact between the frustoconical friction surfaces and fc the coefficient of adhesion.
  • the freewheel with a conical clutch does not have its own damping means.
  • the axial impact is therefore more violent than with a launcher provided with a free wheel with rollers.
  • a damping element 40 according to the invention as described above according to any one of these possible variants and, as visible for example in FIG. 10, will therefore find a very particular advantage in being implemented in a motor vehicle starter comprising a launcher with a conical clutch. This combination thus makes it possible to obtain an economical, light, silent and robust starter thanks to the reduction of mechanical stresses.

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Abstract

Un démarreur électrique pour un moteur à combustion de véhicule automobile, comprend un lanceur (18) équipé d'un pignon (14) pouvant coulisser axialement sur l'arbre de sortie (12) entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne (15), et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne, et un dispositif de transmission à roue libre (20) associé à un levier de commande (16). Une butée (30) est agencée sur l'arbre de sortie (12) pour limiter la course du lanceur (18) dans la position active de travail, ladite butée (30) étant composée d'une bague (31) métallique et d'un élément élastique (40), lequel est agencé pour amortir le choc et réduire le bruit lors de la venue en engagement du pignon (14).

Description

Démarreur électrique à butée d'amortissement pour le lanceur.
Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un démarreur électrique pour un moteur à combustion de véhicule automobile, ledit démarreur comprenant :
- un moteur électrique ayant un rotor accouplé à un arbre de sortie,
- un lanceur équipé d'un pignon pour l'entraînement d'une couronne dentée du volant du moteur à combustion, ledit pignon pouvant coulisser axialement sur l'arbre de sortie entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne, et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne,
- un dispositif de transmission à roue libre associé à un organe de commande pour le déplacement en translation du lanceur,
- et une butée agencée sur l'arbre de sortie pour limiter la course du lanceur dans la position active de travail.
Etat de la technique
Selon la figure 1 , un démarreur de véhicule automobile comporte d'une manière classique, un moteur électrique 100 rotatif dont l'arbre de sortie 12 est équipé d'un pignon 14 mobile destiné à coopérer avec une couronne 15 dentée du volant pour assurer le démarrage du moteur à combustion (non représenté) du véhicule. Le pignon 14 est monté à coulissement sur l'arbre de sortie 12 entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne dentée, et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne, laquelle est liée en rotation au vilebrequin du moteur à combustion de véhicule.
Le moteur électrique 100 du démarreur est associé à un contacteur CT à électro-aimant disposé au-dessus du moteur électrique 100, et ayant une double fonction d'alimentation du moteur électrique 100 en courant, et de déplacement du pignon 14 mobile entre les deux positions de repos et de travail. L'excitation de l'électro-aimant du contacteur CT est pilotée par l'actionnement de la clé de contact, qui établit le circuit électrique vers la batterie, suite à la fermeture du contact principal CP de puissance du contacteur CT.
Le noyau mobile 23 du contacteur CT est relié mécaniquement par un levier de commande 16 à un lanceur 18 comprenant le pignon 14 et un dispositif de transmission à roue libre 20. Le levier de commande 16 en forme de fourchette est monté à pivotement sur un axe 22, et la roue libre 20 est intercalée axialement entre le pignon 14 et un moyeu d'entraînement 24, lequel est actionné par le levier de commande 16. L'arbre de sortie 12 est monté à rotation dans un carter 26 par l'intermédiaire d'une paire de paliers 28, 29.
Le moyeu d'entraînement 24 comporte deux séries de cannelures hélicoïdales de formes complémentaires, agencées respectivement sur l'arbre de sortie 12, et dans une douille cylindrique interne du moyeu d'entraînement 24.
Le pignon 14 est ainsi solidarisé au moyeu d'entraînement 24 par le dispositif de transmission à roue libre 20, lequel permet d'entraîner le pignon 14 dans un sens de rotation correspondant à celui de l'arbre de sortie 12 pendant la phase normale de démarrage, et de débrayer la liaison mécanique d'entraînement en rotation lorsque la vitesse de rotation du pignon 14 est supérieure à celle du moyeu d'entraînement 24. En fin de démarrage du moteur à combustion, la présence du dispositif de transmission à roue libre 20 évite que le pignon 14 en prise avec la couronne, entraîne le rotor du moteur électrique 100 à une vitesse excessive susceptible de détériorer ce dernier. Une telle situation peut intervenir lorsque le conducteur ne coupe pas l'alimentation du contacteur immédiatement après le démarrage.
Une butée 30 est agencée sur l'arbre de sortie 12 du côté du palier 28 pour limiter la course du lanceur 18 dans la position active de travail lorsque le pignon 14 entraîne le moteur thermique en rotation. La butée 30 est immobilisée axialement sur l'arbre 12 par un jonc 32 logé dans une gorge 34 annulaire.
A la mise sous tension du démarreur , le pignon 14 est déplacé en translation par le levier 16 dans le sens de la flèche F. Au moment de la venue en contact de la face frontale 36 du pignon 14 contre la face d'appui 38 de la butée 30, la vitesse acquise par le lanceur 18 est importante. En raison de cette vitesse, de la masse du lanceur 18, et de la rigidité mécanique des pièces en contact, il en résulte un choc qui se traduit par une contrainte mécanique instantanée élevée sur le pignon 14 et la butée 30, et par un bruit bref mais perceptible par le conducteur et les personnes qui se trouvent à proximité du véhicule.
Pour éviter les détériorations dues aux contraintes mécaniques, on a déjà proposé d'augmenter la résistance mécanique des pièces venant en contact, soit en utilisant des aciers alliés à haute ténacité, soit en ayant recours à des traitements thermiques superficiels ou dans la masse. Ces solutions résolvent le problème de la tenue mécanique, mais n'ont pas d'impact sur le bruit émis.
Objet de l'invention
L'objet de l'invention consiste à réduire le bruit du démarreur en fin d'engagement du pignon dans la couronne d'entraînement du moteur thermique.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la butée est composée d'une bague métallique et d'un élément élastique, lequel est agencé pour amortir le choc lors de la venue en engagement du pignon. Le matériau de l'élément élastique est choisi en fonction de ses propriétés élastiques, d'amortissement et de tenue mécanique. L'effet d'un tel amortisseur permet d'obtenir une limitation de la force de compression en raison de l'énergie de choc répartie sur une durée plus importante que celle engendrée avec un système conventionnel où le contact s'effectue métal sur métal. Il en résulte une réduction de l'émission sonore pendant le démarrage.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément élastique possède une forme de tore circulaire à section rectangulaire, et constitué par un plot en matériau élastomère fixé à la bague, ledit plot étant déformable au fur et à mesure de l'écrasement sous la poussée du pignon. L'élément élastique comporte des moyens pour obtenir une raideur d'autant plus élevée que l'écrasement est grand. La surface frontale est équipée à cet effet de saillies destinées à rendre le freinage du pignon plus progressif.
D'autres caractéristiques peuvent être utilisées individuellement ou en combinaison :
- la bague de la butée peut être dotée d'une protubérance orientée vers le pignon pour limiter l'écrasement du plot amortisseur ;
- le plot amortisseur en élastomère peut être pourvu d'un élément résistant, par exemple une rondelle en acier traité contre laquelle le pignon vient en contact.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un lanceur de démarreur de l'art antérieur ;
- la figure 2 montre une vue en coupe de la butée du lanceur selon l'invention ;
- la figure 3 représente une variante de réalisation de l'amortisseur associé à la butée de la figure 2 ; - la figure 4 illustre un diagramme en fonction du temps de la force de compression exercée par le pignon sur la butée, respectivement pour un démarreur de l'art antérieur (courbe 1), et selon l'invention (courbe 2) ;
- les figures 5 et 7 montrent deux variantes de la butée de la figure 2 ; - la figure 6 représente le diagramme de la force de compression exercée sur la butée de la figure 5.
- la figure 8 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un \anceur de démarreur associé avec le contacteur selon l'invention ;
- les figures 9 et 10 sont deux vues en coupe axiale de deux variantes de réalisation de la figure 7;
- la figure 11 est une vue de face de la rondelle élastique équipant les lanceurs des figures 9 et 10.
Description d'un mode de réalisation préférentiel.
En référence à \a figure 2, la butée 30 est composée d'une bague 31 métallique et d'un élément élastique 40, lequel est apposé contre la face d'appui 38 de la bague 31, pour amortir le choc lors de la venue en engagement de la face frontale 36 du pignon 14. L'élément élastique 40 a une forme d'un tore circulaire à section rectangulaire, et est réalisé en un matériau choisi en fonction de ses propriétés élastiques, d'amortissement et de tenue mécanique.
Dans le cas d'un élastomère moulé, on pourra avantageusement conformer l'amortisseur pour avoir une surface de contact limitée en début de contact avec le pignon 14. L'elastomere est déformable au fur et à mesure de l'écrasement de l'élément élastique 40 sous la poussée du pignon 14. La surface en contact augmente progressivement, ce qui rend la pièce plus difficilement déformable.
Sur la figure 3, la surface frontale 52 de l'élément élastique 40 est équipée de saillies 42 pour obtenir une raideur d'autant plus élevée que l'écrasement est grand. Cette propriété rend le freinage du pignon 14 plus progressif pour une course d'écrasement donnée, ce qui réduit les pointes de chocs , donc le bruit.
En référence à la figure 4 illustrant le diagramme des forces de compression en fonction du temps, l'effet d'amortissement résultant de la présence de l'élément élastique 40 engendre une force instantanée de compression dont la pointe est limitée en raison d'une énergie de choc s' étalant sur une durée plus importante. Le couple transmis par le démarreur crée par l'intermédiaire des cannelures hélicoïdales du lanceur 18, une force de contact Fe sur la butée 30. Dans un démarreur selon l'état de la technique, le contact s'opère métal sur métal, et on constate sur la courbe 1 une pointe de choc F1p de durée t1. Avec l'effet d'amortissement de l'élément élastique 40, la pointe F2p sur la courbe 2 est inférieure à F1p, et la durée t2 est supérieure à t1. On réduit l'intensité du choc, et on l'étalé dans le temps, ce qui est très favorable pour la réduction de l'émission sonore.
Sur la figure 5, la bague 31 de la butée 30 est dotée d'une protubérance 44 tubulaire orientée vers le pignon 14, de manière à délimiter un logement 46 torique ayant une section rectangulaire ABED s'étendant entre la périphérie de l'arbre 12 et la paroi interne de la protubérance 44. L'amortisseur 40 est formé par un plot de section rectangulaire DFCG, dont le volume est inférieur ou égal au volume du logement 46 dans la bague.
La présence de la protubérance 44 sur la bague 31 limite l'écrasement de l'amortisseur 40, notamment en cas de sollicitation anormalement élevée du démarreur. Sur la figure 6, on note qu'au delà d'un certain couple du démarreur correspondant à la force Fu de compression, le pignon 14 vient buter contre la protubérance 44. L'écrasement Xm du plot de l'amortisseur 40 sera alors limité, même si le choc exercé par le pignon 14 provoque une force de compression FM supérieure à Fu. L'excédent de force FM - Fu est répercuté sur la protubérance 44 de la butée 30, laquelle est agencée pour résister à ces sollicitations exceptionnelles. L'amortisseur 40 est ainsi protégé contre des chocs excessifs qui pourraient le détruire.
L'amortisseur 40 par exemple en élastomère subit une usure par frottement sur sa face de contact avec le pignon 14 avec des risques de dégradation de l'effet d'amortissement. Afin de préserver ses qualités initiales, l'amortisseur 40 peut être pourvu sur sa face frontale 52 d'un élément résistant 48 contre lequel le pignon 14 vient en contact. L'élément résistant 48 est constitué à titre d'exemple par une rondelle en acier traité. Bien entendu, cet élément résistant 48 peut être appliqué sur la face frontale 52 de l'amortisseur 40, cette face frontale étant équipée ou non de saillies 42.
L'assemblage de l'élément élastique 40 peut être effectué par collage, clipsage, agrafage, sertissage, ou tout autre moyen connu. L'élément élastique 40 peut être monté légèrement serré sur l'arbre 12, de manière à rester lié en translation et rotation par sa propre élasticité, empêchant ainsi tout mouvement occasionné par les vibrations du moteur thermique.
Il est clair que l'élément élastique 40 peut être constitué par une rondelle métallique à déformation élastique, notamment une rondelle Grower, une rondelle conique, un bloc compacté de fils en inox tressés, etc
Comme représenté sur la figure 1, le dispositif à roue libre 20 est du type comportant des galets connus de manière classique. Lorsque le pignon 14 arrive en bout de course contre la butée 30, il en résulte un choc qui se traduit par une contrainte mécanique instantanée élevée sur le pignon 14 et la butée 30. Selon l'invention, ce choc est réduit par la présence d'un élément amortissant 40 comme décrit précédement. Lorsque la roue libre est du type comportant des galets il existe également une composante d'amortissement radiale résultant de la déformation radiale de la cloche élastique 50 sous la pression radiale des galets dès lors que le pignon arrive en butée. Nous obtenons ainsi un couple progressif contre la butée, cette progressivité résultant de la présence d'une part de l'élément amortissant 40 et d'autre part de la déformation radiale de la roue libre à galets.
Comme décrit dans le document FR 2 826 695 auquel on se reportera pour plus de précisions, il est également possible de doter le démarreur de véhicule automobile d'une roue libre réalisé sous la forme d'un embrayage conique comme décrit ci-après en référence aux figures 8 à 11. Un tel lanceur à embrayage conique présente l'avantage d'être léger, moins encombrant et à nombre de composants réduits ce qui le rend très économique. Dans ces figures il est prévu un dispositif d'attelage à embrayage conique 7 (figure 8) pour atteler le pignon 14 à l'entraîneur 24. L'embrayage conique 7 comporte (figures 9 et 10) une première surface de frottement tronconique 8, dite première surface, solidaire du pignon 14 et une deuxième surface de frottement tronconique 8', dite deuxième surface, de forme complémentaire à la première surface 8 et solidaire de l'entraîneur 24. Le dispositif d'attelage comporte, d'une part, une pièce d'attelage de forme creuse présentant un fond prolongé par une jupe annulaire dirigée axialement vers l'un des éléments pignon 14 - entraîneur 24 et, d'autre part, des moyens élastiques 10 à action axiale prenant appui sur une première butée solidaire de la pièce d'attelage pour action sur une deuxième butée 4' solidaire de l'un des éléments pignon 14 - entraîneur 24. Les moyens élastiques 10 sont portés par la jupe 1b (figure 9) ou 12b (figure 10) de la pièce d'attelage. Cette jupe, d'une part, porte intérieurement l'une des première et deuxième surfaces 8, 8' et, d'autre part est, via le fond de la pièce d'attelage, solidaire de l'un des éléments pignon 14 - lanceur 24, qui est associé à la surface 8, 8' portée intérieurement par la jupe, plus précisément par la périphérie interne de celle-ci. Une gorge 51 est prévue pour coopérer avec le levier de commande 16 en forme de fourchette.
Ici le diamètre de contact de la première surface 8 avec la deuxième surface 8' est supérieur au diamètre du cercle de tête des dents du pignon. Dans ces figures la première ou la deuxième surface 8, 8' portée par la jupe 1b, 12b est plus longue axialement que l'autre deuxième ou première surface 8',8. Les moyens élastiques 10 sont portés par l'extrémité libre de la jupe 1b, 12b et s'étendent en saillie axiale par rapport à ladite autre deuxième ou première surface 8',8.
L'extrémité axiale de plus grand diamètre de ladite autre surface 8',8 est délimitée par un épaulement transversal portant la deuxième butée 4' pour implantation à compression axiale de moyens élastiques à action axiale 10 entre cette deuxième butée 4' et une première butée portée par l'extrémité libre de la jupe de la pièce d'attelage.
L'épaulement transversal est prolongé à sa périphérie interne par une portée annulaire 4" globalement d'orientation axiale délimitant avec le dit épaulement un enlèvement de matière pour loger au moins en partie les moyens élastiques à action axiale 10.
Les moyens élastiques à action axiale ont ici une forme de circlips et sont reçus dans une gorge réalisée à la périphérie interne de l'extrémité libre de la jupe. Ces moyens élastiques présentent en variante des griffes destinées à venir en prise élastiquement avec la périphérie interne de l'extrémité libre de la jupe de la pièce d'attelage.
A la figure 11 les moyens élastiques à action axiale 10 comportent des languettes
10b déformables axialement et s'étendant circonférentiellement. Les languettes 10b sont cambrées axialement et comportent une rondelle 10a. A la figure 11 les moyens élastiques à action axiale 10 comportent une rondelle 10a entourant les languettes élastiques 10b. Ces languettes élastiques se raccordent à la périphérie interne de la rondelle 10a à la faveur de zones d'enracinement
10d.Les languettes 10b consistent en des bras en forme de secteur annulaire s'étendant circonférentiellement en porte-à-faux de part et d'autre d'une zone d'enracinement 10d. La rondelle 10a présente une fente radiale 10g affectant symétriquement une des deux zones d'enracinement 10d; quatre bras 10b étant prévu à raison de deux bras par zone 10b.
En variante la première butée est formée à la faveur d'un circlips ou d'un jonc d'arrêt monté dans une gorge réalisée à la périphérie interne de l'extrémité libre de la jupe. Les moyens élastiques 10 peuvent consister alors en au moins une rondelle Belleville ou en au moins une rondelle ondulée voir en un ressort à boudin de forme tronconique prenant appui sur le circlips ou le jonc pour action sur l'entraîneur (figure 9) ou sur le pignon (figure 10) pour serrage contrôlé des surfaces 8, 8'.
Dans une autre forme de réalisation la première butée est rapportée à fixation sur l'extrémité libre de la jupe.
Dans tous les cas les moyens élastiques à action axiale comportent une rondelle élastique.
Dans ces figures l'extrémité libre de la jupe consiste en un prolongement tubulaire.
A la figure 9 la jupe de la pièce d'attelage est de forme tronconique. Avantageusement pour évacuation des poussières et décollement des surfaces 8, 8' l'une des premières et seconde surfaces de frottement 8, 8' présente pour contact avec l'autre surface des rainures et l'une au moins une première et seconde surface de frottement 8,8' est en variante constituée par une garniture de frottement.
A la figure 9 le pignon 14 est monobloc avec la pièce d'attelage globalement en forme de cloche et cette pièce d'attelage est fixée sur le pignon.
A la figure 10 on a inversé les structures en sorte que la pièce d'attelage est solidaire du lanceur 12 qui présente donc une jupe externe 12 b de forme cylindrique à sa périphérie externe.
Il en résulte que l'entraîneur est dans une forme de réalisation obtenu par moulage en étant par exemple en matière plastique. A la figure 8 on voit la décomposition des forces lorsque le pignon 14 est en contact avec la butée de travail 30.
Pus précisément la pression initiale des moyens élastiques entre les butées produit un couple de frottement entre l'entraîneur et le pignon qui est toujours, par construction, supérieur au couple nécessaire au vissage et à l'avancement du lanceur sur l'arbre 12. Cette condition permet l'auto amorçage du mouvement du lanceur entre sa position de repos et sa position avancée contre la butée de travail 30 au début de la phase d'entraînement du moteur du véhicule via la couronne de démarrage.
Lorsque le pignon atteint la butée 30 il y a compression des surfaces 8, 8' l'une contre l'autre avec un blocage
Ce blocage de mouvement entre le pignon et l'entraîneur dépend notamment des angles et des diamètres des surfaces de frottement- tronconiques.
Comme visible à la figure 8, pendant l'entraînement du moteur à combustion interne du véhicule automobile par le moteur électrique du démarreur le couple Cd
- généré par le démarreur au niveau de l'arbre de sortie 12 portant l'entraîneur 24 et transformé par le dispositif à cannelures hélicoïdales 9 intervenant entre l'entraîneur 24 et l'arbre 12 - crée une force axiale Fa.
Cette force Fa est elle-même décomposée au niveau des surfaces de frottement tronconiques pour créer une force normale de contact Fc, qui génère une force tangentielle Ft aux surfaces tronconiques 8, 8' fonction du coefficient de frottement entre ces surfaces. La valeur de cette force Ft multipliée par le rayon de contact moyen des surfaces de frottement tronconiques détermine le couple Ce transmis par l'embrayage conique 7.
Pour que le pignon soit entraîné normalement sans glissement il faut que la relation Ce > Cd reste toujours vraie.
Tout cela dépend des applications car le coefficient de proportionnalité entre Cd et Fa dépend de l'angle d'inclinaison des cannelures 9, du rayon moyen de ces cannelures et du coefficient de glissement entre l'arbre de sortie 12 et l'entraîneur.
Le coefficient de proportionnalité entre Fa et Fc dépend de l'angle du cône entre les deux surfaces de frottement tronconiques.
La valeur de Ft est liée à Fc et au coefficient de frottement fc entre les deux matériaux des surfaces de frottement tronconiques de l'embrayage 7. Pour éviter tout coincement on s'assurera de la relation tangente (a)> fc, dans laquelle a est la valeur du demi-angle au sommet du cône de contact entre les surfaces de frottement tronconiques et fc le coefficient d'adhérence.
Toutes ces valeurs sont calculées en fonction de formules de la mécanique connues en soi et dépendent des applications. Ces formules font intervenir le coefficient de frottement entre les cannelures de l'arbre et de l'entraîneur, le rayon moyen des cannelures, l'angle du cône des surfaces 8,8' et le coefficient de frottement de celles-ci. Tout cela influe sur le choix des matériaux de l'entraîneur, de la jupe et du pignon. Lorsque le moteur du véhicule a démarré, le pignon 14 tourne plus vite que l'arbre de sortie 12 ce qui permet le dévissage du lanceur sur l'arbre 12. L'effort axial précédemment transmis disparaît et il ne reste plus que le couple résiduel faible dû aux moyens élastiques 10 qui est transmis au moteur électrique du démarreur. Durant cette courte phase de survitesse l'embrayage se comporte comme un dispositif à roue libre avec un mouvement relatif entre les surfaces 8, 8'. Le diamètre moyen de contact entre les deux surfaces 8, 8' est donc également un diamètre de friction en cas de survitesse.
Contrairement à la roue libre à galets qui peut par exemple se déformer radialement, la roue libre à embrayage conique ne comporte pas de moyens propres d'amortissement. Ainsi, lorsque le pignon 14 arrive contre la butée 30, le choc axial est donc plus violent qu'avec un lanceur doté d'une roue libre à galets. Un élément amortissant 40 selon l'invention tel que décrit précédement selon l'une quelconque de ces variantes possible et, comme visible par exemple à la figure 10, trouvera donc un avantage tout particulier à être mise en œuvre dans un démarreur de véhicule automobile comportant un lanceur doté d'un embrayage conique. Cette combinaison permet ainsi d'obtenir un démarreur économique, léger, silencieux et robuste grâce à la réduction des contraintes mécaniques.

Claims

Revendications
1. Démarreur électrique pour un moteur à combustion de véhicule automobile, ledit démarreur comprenant : - un moteur électrique (10) ayant un rotor accouplé à un arbre de sortie
(12),
- un lanceur (18) équipé d'un pignon (14) pour l'entraînement d'une couronne (15) dentée du volant du moteur à combustion, ledit pignon pouvant coulisser axialement sur l'arbre de sortie (12) entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne (15) et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne,
- un dispositif de transmission à roue libre (20) associé à un levier de commande (16) pour le déplacement en translation du lanceur (18),
- et une butée (30) agencée sur l'arbre de sortie (12) pour limiter la course du lanceur (18) dans la position active de travail, la butée (30) est composée d'une bague (31) métallique et d'un élément élastique (40) comportant une surface frontale (52), lequel est agencé pour amortir le choc lors de la venue en engagement du pignon (14) caractérisé en ce que l'élément élastique (40) comporte des moyens pour obtenir une raideur d'autant plus élevée que l'écrasement est grand.
2. Démarreur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la surface frontale (52) de l'élément élastique (40) est équipée de saillies (42) destinées à rendre le freinage du pignon (14) plus progressif.
3. Démarreur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (40) est formé par un plot en matériau élastomère, lequel est déformable au fur et à mesure de l'écrasement sous la poussée du pignon (14).
4. Démarreur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément amortisseur (40) est pourvu sur sa face frontale (52) d'un élément résistant (48) contre lequel le pignon (14) vient en contact.
5. Démarreur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément résistant (48) est constitué par une rondelle en acier traité.
6. Démarreur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la bague (31) de la butée (30) est dotée d'une protubérance (44) orientée vers le pignon (14) pour limiter l'écrasement du plot amortisseur.
7. Démarreur électrique selon la revendication l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (40) possède une forme de tore circulaire à section rectangulaire, fixé à la bague
(31).
8. Démarreur électrique pour un moteur à combustion de véhicule automobile, ledit démarreur comprenant : - un moteur électrique (10) ayant un rotor accouplé à un arbre de sortie
(12),
- un lanceur (18) équipé d'un pignon (14) pour l'entraînement d'une couronne (15) dentée du volant du moteur à combustion, ledit pignon pouvant coulisser axialement sur l'arbre de sortie (12) entre une position de repos dans laquelle il est désengagé de la couronne (15) et une position active de travail dans laquelle il engrène avec ladite couronne,
- un dispositif de transmission à roue libre (20) associé à un levier de commande (16) pour le déplacement en translation du lanceur (18),
- et une butée (30) agencée sur l'arbre de sortie (12) pour limiter la course du lanceur (18) dans la position active de travail, caractérisé en ce que la butée (30) est composée d'une bague (31) métallique et d'un élément élastique (40) comportant une surface frontale (52), lequel est agencé pour amortir le choc lors de la venue en engagement du pignon (14) et en ce que le dispositif de transmission à roue libre (20) est constitué d'un embrayage conique (7).
9. Démarreur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément élastique (40) comporte des moyens pour obtenir une raideur d'autant plus élevée que l'écrasement est grand.
10. Démarreur électrique selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface frontale (52) de l'élément élastique (40) est équipée de saillies (42) destinées à rendre le freinage du pignon (14) plus progressif.
11. Démarreur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague (31) de la butée (30) est dotée d'une protubérance (44) orientée vers le pignon (14) pour limiter l'écrasement du plot amortisseur.
12. Démarreur électrique selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'élément élastique (40) est formé par un plot en matériau élastomère, lequel est déformable au fur et à mesure de l'écrasement sous la poussée du pignon (14).
13. Démarreur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (40) est pourvu sur sa face frontale (52) d'un élément résistant (48) contre lequel le pignon (14) vient en contact.
14. Démarreur électrique selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément résistant (48) est constitué par une rondelle en acier traité.
15. Démarreur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément élastique (40) possède une forme de tore circulaire à section rectangulaire, fixé à la bague (31).
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