EP3325798A1 - Lanceur de demarreur de vehicule automobile - Google Patents

Lanceur de demarreur de vehicule automobile

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EP3325798A1
EP3325798A1 EP16750980.1A EP16750980A EP3325798A1 EP 3325798 A1 EP3325798 A1 EP 3325798A1 EP 16750980 A EP16750980 A EP 16750980A EP 3325798 A1 EP3325798 A1 EP 3325798A1
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EP
European Patent Office
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pinion
elastic member
launcher
gear
shoulder
Prior art date
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Granted
Application number
EP16750980.1A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3325798B1 (fr
Inventor
Tristan GUESNEY
Benoit AUBOURG
Enguerrand PRIOUX
José MATEUS
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 Electrification 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 EP3325798A1 publication Critical patent/EP3325798A1/fr
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Publication of EP3325798B1 publication Critical patent/EP3325798B1/fr
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    • 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
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    • F02N15/063—Starter drives with resilient shock absorbers
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    • F02N15/062—Starter drives
    • F02N15/065—Starter drives with blocking means
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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
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    • 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

  • a starter comprises a launcher on which is mounted a pinion for meshing with a ring of a heat engine, an electric motor for driving the pinion in rotation and a switch for moving in axial translation the launcher via a fork to allow the pinion to move towards the crown.
  • One of the major problems of the starters is to ensure a good gear of the pinion with the crown. Indeed, depending on the state of the engine, the movement of the crown differs, which increases the risk of a longer gear or incomplete. Indeed, in the case of a cold start, the crown is stationary during the gearing but in the case of a hot start (common case with "stop and start” mechanisms that stop the engine thermal when the vehicle is stopped, especially because of traffic conditions (traffic jams, traffic lights Certainly), the crown can still be rotated during the gearing. In addition, in the case of hot starts, the crown can rotate in the direction of rotation of the pinion but can also turn in the opposite direction during the swing phase preceding the stop of the crown, which makes it even more difficult. sprocket gear with the crown. If the torque is transmitted to the pinion by the electric motor before the gearing of the pinion with the crown, this can lead to premature wear of the pinion and / or the crown and a larger noise, especially during startup phases. hot.
  • the present invention relates to a launcher for a motor vehicle starter comprising:
  • a socket comprising a shoulder and a stop element, a pinion slidably mounted on the bushing between the stop element and the shoulder,
  • At least one resilient member mounted between the pinion and the shoulder and being adapted to have a rest position in which the pinion bears on the stop element and a compressed position in which the pinion is moved away from said pinion element; stopping, in which the elastic member is mounted, in its rest position, so that the pinion is prestressed with a load of between 40 N and 80 N.
  • the elastic member is mounted, in its rest position, so that the pinion is prestressed with a load of between 55 N and 65 N.
  • the pinion has a mass of between 40 g and 110 g, in particular of the order of 60 g, and wherein the launcher has a mass of between 250 g and 420 g, in particular 320 g.
  • the pinion has a stroke between the stop element and the shoulder between 2 mm and 6 mm, in particular equal to 4 mm. Indeed, a stroke of less than 2 mm does not allow optimal use of the elastic member which does not provide sufficient acceleration to the pinion. In addition, a stroke greater than 6 mm would increase the axial size of the machine without improving the utility of the elastic member.
  • the fact that the pinion has a stroke in this range combined with the fact that the latter also has a certain level of prestressing provides the pinion acceleration then allowing it to improve the gear of the pinion with the crown.
  • the elastic member has a stiffness of between 2000 N / m and 10000 N / m.
  • the elastic member is a spring, in particular a helical spring.
  • the spring has a number of turns between two and four.
  • the pinion is movably mounted between a front position in which the pinion is in contact with a stop member and a rear position in which the pinion is in abutment against a stop and compresses the member. elastic against the shoulder.
  • the present invention also relates to a motor vehicle starter comprising a launcher as described above.
  • the elastic member is arranged so that, when the elastic member is in the compressed position, the pinion is at a distance of at least 2 mm from the stop element and is remote of the shoulder.
  • the starter comprises at least one tooth-tooth spring disposed at a contactor and adapted to exert an axial force on the pinion via a fork and in which the force exerted by the elastic member. on the pinion, in its rest position, is greater than the force exerted by said toothed spring on said pinion.
  • FIG. 1 shows, schematically and partially, a longitudinal sectional view of a starter according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows, schematically and partially, a longitudinal sectional view of a starter of a starter according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows, schematically and partially, the starter of Figure 1 in a first position
  • FIG. 4 shows, schematically and partially, the starter of Figure 1 in a second position
  • FIG. 5 represents, schematically and partially, the starter of FIG. a third position
  • FIG. 6 shows, schematically and partially, the starter of Figure 1 in a fourth position
  • FIG. 7 shows, schematically and partially, the starter of Figure 1 in a fifth position
  • FIG. 8 shows a graph of the efficiency of the gear between the pinion and the ring depending on the prestressing level of the pinion for different stiffness of the elastic member.
  • FIG. 1 represents a diagram of a starter 1.
  • the starter 1 comprises a launcher 3, an electric motor 7 intended to drive the launcher 3 in rotation, a contactor 13 intended to drive the launcher 3 in translation through a fork 21.
  • the electric motor 7 comprises a cylinder head 9, a rotor and a stator.
  • the contactor 13 comprises at least one coil 15 allowing, when energized, to move a mobile part of a magnetic core or mobile core 17 in translation towards a fixed part 16 of the magnetic core inside an air gap 19
  • a coil 15 which can therefore include several coils.
  • the contactor 13 also comprises a rod 18 movable in translation relative to the movable core 17 of the contactor 13.
  • a spring said tooth-tooth spring 20 is positioned at the interface between the movable core 17 and the rod 18.
  • the rod 18 is therefore movable relative to the movable core between a first position in which the tooth-tooth spring 20 is expanded and a second position in which the tooth-tooth spring 20 is compressed.
  • the toothed spring 20 has for example a stiffness of about 11 N / mm and a rest length of about 22 mm and is mounted with a preload of about 45 N.
  • the contactor 13 may also comprise of other springs configured to return the movable core 17 to the initial position, that is to say at a distance from the fixed part 16 when the coil 15 is no longer powered.
  • the rod 18 is attached to a first end of the fork 21.
  • the connection between the rod 18 and the fork 21 can be done by any suitable means for transmitting the force or the torque between the fork 21 and the rod 18 as for example a pivot connection made by a screw-nut assembly.
  • the fork 21 is configured to tilt about an axis of rotation located at its central portion.
  • the fork 21 also comprises a second end, opposite its first end relative to the central part, intended to come into contact with the launcher 3 to allow axial displacement of the launcher 3 when the coil 15 of the contactor is energized.
  • the lever arm of the fork 21 has for example a ratio of a distance between the first end and the axis of rotation on the distance between the second end and the axis of rotation equal to 1.5.
  • the stroke of the launcher 3 is thus equal to about 1.5 times the stroke of the rod 18 of the contactor 13.
  • the launcher 3 is rotated by the electric motor 7 located at the rear of the launcher 3.
  • the rotational drive of the launcher 3 is, here, achieved via a reducing ring 11 disposed at the front end of the cylinder head 9.
  • the launcher 3 is mobile in rotation and in translation.
  • the rotational drive is performed by the electric motor 7 and the drive in translation is carried out by the switch 13 via the fork 21.
  • the launcher 3 is shown in more detail in FIG. 2.
  • the launcher 3 comprises a bushing 23 mounted to rotate and translate axially on a shaft 25 via bearings 27, for example needle bearings.
  • the shaft 25 extends along an axis X.
  • the launcher 3 also comprises a pinion 5 slidably mounted on the front portion of the bush 23.
  • the pinion 5 is intended to engage a ring gear 6 of a heat engine, called a ring gear 6.
  • the front part of the bushing 23 is therefore the part situated on the side of the driving ring 6 and the rear part of the bushing 23 is the part of the bushing 23 situated on the side of the electric motor 7.
  • the bushing 23 comprises a stop element 33 disposed in front of the pinion 5 and a shoulder 29 disposed behind the pinion 5.
  • the stop element 33 is for example a circlip disposed in a groove of the bushing 23.
  • An elastic member 31 for example a helical spring or an elastomer, is disposed around the axis of the bushing 23 and bears against the shoulder 29 of the bush 23 and against the pinion 5.
  • the pinion 5 is constrained by the elastic member 31 against said stop element 33.
  • the elastic member 31 allows, in compression, a translational movement of the sleeve 23 when the pinion 5 is in the tooth against tooth position with the motor ring 6, that is to say when the teeth of the pinion 5 are in position. contact with the teeth of the motor ring 6 without there being gearing between the two.
  • the shoulder 29 comprises, for example, an axial protrusion such as a stop 37 against which the pinion 5 abuts.
  • the stop 37 makes it possible to avoid excessive compression of the elastic member 31 that can degrade it.
  • the stop 37 is for example made by one or more pads or by a circular element.
  • the stop 37 extends axially from a front face of the shoulder 29.
  • the stop 37 extends, for example, between the elastic member 31 and the sleeve 23.
  • the pinion 5 is movable between a forward position in which it rests against the stop element 33 and a rear position in which it comes into contact with the stop 37.
  • the distance between the front position and the rear position of the pinion 5 defines the race of the pinion 5 with respect to the sleeve 23.
  • the numerical simulations have made it possible to define that the optimum race of the pinion 5 is between 2mm and 6mm, in particular 4mm.
  • the sleeve is itself movable in axial translation relative to the shaft 25 between a position disengaged with the motor ring 6 and a position meshing with said ring. In the engaged position, the bushing 23 bears on a stop 38 disposed on a front part of the shaft 25.
  • the numerical simulations make it possible to identify and determine the value of the influencing parameters making it possible to optimize the gearing of the pinion 5 with the driving ring gear 6 and thus to determine the optimum characteristics of the elastic member 31. For this reason, criteria for optimizing the pinion gear 5 on the motor ring gear 6 are defined. These criteria include, for example, the engagement time of the pinion 5 on the driving ring 6. In addition, the result of the numerical simulations depends on the characteristics of the launcher 3, in particular the weight of the launcher 3 or the size of the pinion 5. However, for to reduce the production costs, the same elastic member 31 can be used for several types of launcher 3 so that an average can be performed on the characteristics of different launchers 3 to obtain the characteristics of the elastic member 31 allowing a quasi gear -optimal for different launchers.
  • the elastic member 31 is configured so that the prestressing exerted on the pinion 5 in the rest position against the stop element 33 is between 40 N and 80 N and preferably between 55 N and 65 N.
  • the pinion 5 has, here, a mass of between 40 g and 110 g, in particular of the order of 60 g
  • the launcher 3 (comprising the pinion 5) has a mass of between 250 g and 420 g, in particular of the order of 320 g.
  • the values of stiffness and prestressing of the elastic member 31 can therefore be adapted as a function of the mass of the launcher 3.
  • the number of turns of the elastic member 31 is for example between 2 and 4.
  • the elastic member 31 may be formed by several elastic elements as per example several helical springs or more elastomers or a combination of springs and elastomers, the different springs or elastomers may have stiffness and / or lengths and / or different races and be assembled in series or in parallel.
  • Figure 3 shows the starting position of the starter 1 stopped.
  • the coil 15 of the contactor 13 is energized which causes the moving part or movable core 17 to move towards the fixed part 16 of the magnetic core.
  • the displacement of the movable core 17 causes the fork 21 to tilt and the launcher 3 to move forward and thus from the pinion 5 towards the motor ring 6 as shown in FIG. 4.
  • the pinion 5 comes into contact with the crown motor 6, two cases may occur.
  • the pinion 5 arrives directly in a gear slot of the motor ring 6 and can thus mesh directly with the driving ring 6.
  • this first case is relatively rare, particularly in the case of a start. hot since the motor ring 6 is rotating.
  • the pinion 5 comes into tooth against tooth contact with the motor ring 6 as shown in FIG. 4.
  • the inertia of the launcher 3 then causes the compression of the elastic member. 31 which absorbs this energy.
  • the elastic member 31 is compressed (the pinion 5 does not necessarily reach the stop 37), as the movable core 17 continues to move towards the fixed portion 16, the tooth-tooth spring 20 is then compressed as shown in FIG.
  • the compressions of the elastic member 31 and the tooth-tooth spring 20 can be done simultaneously. However, the compression of the elastic member 31 is faster than that of the tooth-tooth spring 20.
  • the movable core 17 then continues to move, independently of the pinion 5 due to the crushing of the tooth-tooth pinion 20, until it bears against the fixed core 16.
  • the fixed core 16 pushes a movable contact which comes into contact with electrical terminals so as to create the conjunction of the contactor 13 in order to supply the electric motor 7.
  • the electric motor 7 then causes the launcher 3 to rotate about the axis X.
  • gear gap is meant a position of the pinion 5 where its teeth are opposite a space between two successive teeth of the motor ring 6. Indeed, before the electric motor 7 reaches full speed of rotation, the pinion 5 rotates at low speed which allows it to position itself in this gear gap.
  • the input of the pinion 5 in the motor ring is therefore quickly by the expansion of the elastic member 31 as shown in Figure 6 and the action of the tooth-tooth spring 20 completes the action of the elastic member 31 and makes it possible to continue to exert a constraint on the pinion 5 when the elastic member 31 arrives in the rest position so as to completely engage the pinion 5 with the driving ring gear 6 as shown in FIG. 7.
  • said pinion transmits a large torque to said ring to start the engine.
  • an elastic member 31 configured to apply a prestressing between 40 N and 80 N to the pinion 5 improves the gear of the pinion 5 with the driving ring 6.
  • the elastic member 31 thus allows Engaging the gear by engaging the teeth of the pinion 5 with the teeth of the motor ring 6 and the tooth-tooth spring 20 allows him to complete this gear.
  • the prestressing of the elastic member 31 provides a sufficient force to allow the pinion 5 input quickly gear with the motor ring gear 6 when a gear gap occurs and whatever the movement of the motor ring (when stopped, rotation in one direction or in the opposite direction).
  • the present invention thus allows, by a configuration of the elastic member 31 and pinion 5, which does not require additional costs, to obtain a faster and more fluid gear pinion 5 on the motor ring 6, avoiding bounces of the pinion, and thus reduce the wear of the pinion 5 and the motor ring 6 and the noise emitted by the starter 1 at the start.
  • the elastic member 31 thus acts in addition to the toothed spring 20 to allow an effective gearing of the pinion 5 with the motor ring gear 6.
  • FIG. 8 illustrates the level of efficiency of the gearing on a sample of a pinion and a ring as a function of the prestressing level of the pinion for different values of stiffness of the elastic member.
  • Efficiency means a gear, a pinion in a crown, fast and with attenuated noise.
  • a pinion of the starters of the prior art generally has a preload with a load of the order of 30 N. It is therefore noted that this preload level of the pinion has an efficiency of the order of 0.5 which is significantly lower than the proposed solution in a starter as previously described with reference to the present invention.
  • the starter as previously described, is used in an outgoing starter motor.
  • the invention finds applications in particular in the field of thermal motor starters and in particular for motor vehicle engines, but it could also apply to any type of starter.

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Abstract

La présente invention concerne un lanceur (3) pour démarreur (1) de véhicule automobile comprenant: une douille (23) comportant un épaulement (29) et un élément d'arrêt (33), un pignon (5) monté coulissant sur la douille (23) entre l'élément d'arrêt (33) et l'épaulement (29), au moins un organe élastique (31) monté entre le pignon (5) et l'épaulement (29) et étant adapté pour présenter une position de repos dans laquelle le pignon (5) est en appui sur l'élément d'arrêt (33) et une position comprimée dans laquelle le pignon (5) est éloigné dudit élément d'arrêt (33), caractérisé en ce que l'organe élastique (31) est monté, dans sa position de repos, de façon à ce que le pignon (5) soit précontraint avec une charge comprise entre 40Net 80N.

Description

LANCEUR DE DEMARREUR DE VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne le domaine des démarreurs et notamment les démarreurs pour véhicule automobile. Un démarreur comprend un lanceur sur lequel est monté un pignon destiné à s'engrener avec une couronne d'un moteur thermique, un moteur électrique destiné à entraîner le pignon en rotation et un contacteur destiné à déplacer en translation axiale le lanceur via une fourchette pour permettre le déplacement du pignon vers la couronne.
L'un des problèmes majeurs des démarreurs est d'assurer un bon engrenage du pignon avec la couronne. Effectivement, en fonction de l'état du moteur thermique, le mouvement de la couronne diffère, ce qui augmente le risque d'un engrenage plus long ou incomplet. En effet, dans le cas d'un démarrage à froid, la couronne est immobile lors de l'engrenage mais dans le cas d'un démarrage à chaud (cas courant avec les mécanismes « stop and start » qui permettent d'arrêter le moteur thermique lorsque le véhicule est à l'arrêt, notamment en raison des conditions de circulation (embouteillages, feux de circulation...)), la couronne peut encore être en rotation lors de l'engrenage. De plus, dans le cas des démarrages à chaud, la couronne peut tourner dans le sens de rotation du pignon mais peut également tourner en sens inverse lors de la phase de balancement précédant l'arrêt de la couronne ce qui rend encore plus difficile l'engrenage du pignon avec la couronne. Si le couple est transmis au pignon par le moteur électrique avant l'engrenage du pignon avec la couronne, cela peut entraîner une usure prématurée du pignon et/ou de la couronne ainsi qu'un bruit plus important, en particulier lors des phases de démarrage à chaud.
Il convient donc de trouver une solution permettant de réduire l'usure du pignon et/ou de la couronne lors des phases d'engrenage du pignon avec la couronne, notamment lors des démarrages à chaud.
A cet effet, la présente invention concerne un lanceur pour démarreur de véhicule automobile comprenant :
- une douille comportant un épaulement et un élément d'arrêt, - un pignon monté coulissant sur la douille entre l'élément d'arrêt et l'épaulement,
- au moins un organe élastique monté entre le pignon et l'épaulement et étant adapté pour présenter une position de repos dans laquelle le pignon est en appui sur l'élément d'arrêt et une position comprimée dans laquelle le pignon est éloigné dudit élément d'arrêt, dans lequel l'organe élastique est monté, dans sa position de repos, de façon à ce que le pignon soit précontraint avec une charge comprise entre 40 N et 80 N.
En effet, à l'aide de simulations numériques, il a été observé qu'une telle précontrainte permettait d'appliquer une contrainte sur le pignon, lorsque celui-ci commence à s'engrener avec la couronne du moteur thermique, permettant d'améliorer l'entrée du pignon dans la couronne et donc d'optimiser l'engrenage du pignon avec la couronne. Cela permet donc de diminuer le temps et le bruit d'engrenage et également diminuer l'usure de la couronne et du pignon.
Selon un autre aspect de la présente invention, l'organe élastique est monté, dans sa position de repos, de façon à ce que le pignon soit précontraint avec une charge comprise entre 55 N et 65 N.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le pignon présente une masse comprise entre 40 g et 110 g, notamment de l'ordre de 60 g, et dans lequel le lanceur présente une masse comprise entre 250 g et 420 g, notamment de l'ordre de 320 g. Selon un aspect additionnel de la présente invention, le pignon présente une course entre l'élément d'arrêt et l'épaulement comprise entre 2 mm et 6 mm, notamment égale à 4 mm. En effet, une course inférieure à 2 mm ne permet pas une utilisation optimale de l'organe élastique qui ne fournirait pas une accélération suffisante au pignon. De plus, une course supérieure à 6 mm augmenterait l'encombrement axial de la machine sans pour autant améliorer l'utilité de l'organe élastique. Ainsi, le fait que le pignon présente une course dans cette plage combiné avec le fait que ce dernier présente également un certain niveau de précontrainte permet de fournir au pignon une accélération lui permettant alors d'améliorer l'engrenage du pignon avec la couronne.
Selon un autre aspect de la présente invention, l'organe élastique présente une raideur comprise entre 2000 N/m et 10000 N/m. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'organe élastique est un ressort, notamment un ressort hélicoïdal.
Selon un aspect additionnel de la présente invention, le ressort présente un nombre de spires compris entre deux et quatre. Selon un autre aspect de la présente invention, le pignon est monté mobile entre une position avant dans laquelle le pignon est en appui avec un élément d'arrêt et une position arrière dans laquelle le pignon est en appui contre une butée et comprime l'organe élastique contre l'épaulement.
La présente invention concerne également un démarreur de véhicule automobile comprenant un lanceur tel que décrit précédemment.
Selon un autre aspect de la présente invention, l'organe élastique est agencé pour que, lorsque l'organe élastique est en position comprimée, le pignon soit à une distance d'au moins 2 mm de l'élément d'arrêt et soit éloigné de l'épaulement.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le démarreur comprend au moins un ressort dent-dent disposé au niveau d'un contacteur et adapté pour exercer une force axiale sur le pignon via une fourchette et dans lequel la force exercée par l'organe élastique sur le pignon, dans sa position de repos, est supérieure à la force exercée par ledit ressort dent- dent sur ledit pignon.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible.
Sur ces dessins:
- la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe longitudinale d'un démarreur selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe longitudinale d'un lanceur d'un démarreur selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, le démarreur de la figure 1 dans une première position ;
- la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, le démarreur de la figure 1 dans une deuxième position ;
- la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, le démarreur de la figure 1 dans une troisième position ;
- la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, le démarreur de la figure 1 dans une quatrième position ;
- la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, le démarreur de la figure 1 dans une cinquième position ; et
- la figure 8 représente un graphique de l'efficacité de l'engrenage entre le pignon et la couronne en fonction du niveau de précontrainte du pignon pour différente raideur de l'organe élastique.
Sur ces dessins, les mêmes numéros de référence représentent les mêmes éléments ou des éléments ayant une fonction identique.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la suite de la description, la « partie avant » du lanceur ou du démarreur correspond à la partie située du côté de la couronne moteur et la « partie arrière » correspond à la partie opposée à la couronne moteur. Ainsi, une direction « vers l'avant » correspond à une direction vers la « partie avant » du lanceur ou du démarreur. La figure 1 représente un schéma d'un démarreur 1. Le démarreur 1 comprend un lanceur 3, un moteur électrique 7 destiné à entraîner le lanceur 3 en rotation, un contacteur 13 destiné à entraîner le lanceur 3 en translation par le biais d'une fourchette 21. Le moteur électrique 7 comporte une culasse 9, un rotor et un stator.
Le contacteur 13 comprend au moins une bobine 15 permettant, lorsqu'elle est alimentée, de déplacer une partie mobile d'un noyau magnétique ou noyau mobile 17 en translation vers une partie fixe 16 du noyau magnétique à l'intérieur d'un entrefer 19. En général, on utilise deux bobines, une bobine d'appel et une bobine de maintien, la bobine d'appel étant utilisée en complément de la bobine de maintien pour déplacer le noyau mobile 17, puis lorsque l'entrefer 19 est fermé, la bobine de maintien est utilisée seule pour maintenir le noyau mobile 17 proche de la partie fixe 16 du noyau magnétique. Dans la suite de la description on se limitera à désigner une bobine 15 (qui peut donc comprendre plusieurs bobines).
Le contacteur 13 comprend également une tige 18 mobile en translation par rapport au noyau mobile 17 du contacteur 13. Un ressort dit ressort dent-dent 20 est positionné à l'interface entre le noyau mobile 17 et la tige 18. La tige 18 est donc mobile par rapport au noyau mobile entre une première position dans laquelle le ressort dent-dent 20 est détendu et une deuxième position dans laquelle le ressort dent-dent 20 est comprimé. Le ressort dent- dent 20 a par exemple une raideur d'environ 11 N/mm et une longueur au repos de l'ordre de 22 mm et est monté avec une précharge d'environ 45 N. Le contacteur 13 peut également comprendre d'autres ressorts configurés pour ramener le noyau mobile 17 en position initiale, c'est-à-dire à distance de la partie fixe 16 lorsque la bobine 15 n'est plus alimentée.
La tige 18 est rattachée à une première extrémité de la fourchette 21. La liaison entre la tige 18 et la fourchette 21 peut se faire par tout moyen adéquat pour transmettre la force ou le couple entre la fourchette 21 et la tige 18 comme par exemple une liaison pivot réalisée par un ensemble vis-écrou.
La fourchette 21 est configurée pour basculer autour d'un axe de rotation situé au niveau de sa partie centrale. La fourchette 21 comprend également une deuxième extrémité, opposée à sa première extrémité par rapport à la partie centrale, destinée à venir en contact avec le lanceur 3 pour permettre un déplacement axial du lanceur 3 lorsque la bobine 15 du contacteur est alimentée.
Le bras de levier de la fourchette 21 a par exemple un rapport d'une distance entre la première extrémité et l'axe de rotation sur la distance entre la deuxième extrémité et l'axe de rotation égal à 1,5. La course du lanceur 3 est donc égale à environ 1,5 fois la course de la tige 18 du contacteur 13. Le lanceur 3 est entraîné en rotation par le moteur électrique 7 située à l'arrière du lanceur 3. L'entraînement en rotation du lanceur 3 est, ici, réalisé via une couronne réductrice 11 disposée à l'extrémité avant de la culasse 9.
Le lanceur 3 est donc mobile en rotation et en translation. L'entraînement en rotation est réalisé par le moteur électrique 7 et l'entraînement en translation est réalisé par le contacteur 13 via la fourchette 21. Le lanceur 3 est représenté plus en détail sur la figure 2. Le lanceur 3 comprend une douille 23 montée mobile en rotation et en translation axiale sur un arbre 25 via des roulements 27, par exemple des roulements à aiguilles. L'arbre 25 s'étend selon un axe X. Le lanceur 3 comprend également un pignon 5 monté coulissant sur la partie avant de la douille 23. Le pignon 5 est destiné à engrener une couronne 6 d'un moteur thermique, dite couronne moteur 6. La partie avant de la douille 23 est donc la partie située du côté de la couronne moteur 6 et la partie arrière de la douille 23 est la partie de la douille 23 située du côté du moteur électrique 7.
La douille 23 comprend un élément d'arrêt 33 disposé en avant du pignon 5 et un épaulement 29 disposé en arrière du pignon 5. L'élément d'arrêt 33 est par exemple un circlip disposé dans une rainure de la douille 23.
Un organe élastique 31, par exemple un ressort hélicoïdal ou un élastomère, est disposé autour de l'axe de la douille 23 et vient en appui d'une part contre l'épaulement 29 de la douille 23 et d'autre part contre le pignon 5. Ainsi, dans une position de repos de l'organe élastique 31 où le pignon 5 est en appui sur l'élément d'arrêt 33, le pignon 5 est contraint par l'organe élastique 31 contre ledit élément d'arrêt 33. L'organe élastique 31 permet, en se compressant, un déplacement en translation de la douille 23 lorsque le pignon 5 est en position dent contre dent avec la couronne moteur 6, c'est-à-dire lorsque les dents du pignon 5 sont en contact avec les dents de la couronne moteur 6 sans qu'il y ait engrenage entre les deux.
Par ailleurs, l'épaulement 29 comprend, par exemple, une excroissance axiale telle qu'une butée 37 contre laquelle le pignon 5 vient en appui. Lors de la compression de l'organe élastique 31, la butée 37 permet d'éviter une compression trop importante de l'organe élastique 31 pouvant le dégrader. Par exemple, dans le cas où l'organe élastique 31 est un ressort hélicoïdal, la butée 37 permet d'éviter le phénomène de spires jointives où les spires viennent en contact les unes avec les autres. Cette butée 37 est par exemple réalisée par un ou plusieurs plots ou par un élément circulaire. La butée 37 s'étend axialement à partir d'une face avant de l'épaulement 29. En outre, la butée 37 s'étend, par exemple, entre l'organe élastique 31 et la douille 23. Ainsi, le pignon 5 est mobile entre une position avant dans laquelle il repose contre l'élément d'arrêt 33 et une position arrière dans laquelle il vient en contact avec la butée 37. La distance entre la position avant et la position arrière du pignon 5 définit la course du pignon 5 par rapport à la douille 23. Les simulations numériques ont permis de définir que la course optimale du pignon 5 est comprise entre 2mm et 6mm, notamment 4mm. En outre, la douille est elle-même mobile en translation axiale par rapport à l'arbre 25 entre une position désengrené avec la couronne moteur 6 et une position engrenée avec ladite couronne. Dans la position engrenée, la douille 23 est en appui sur une butée 38 disposée sur une partie avant de l'arbre 25.
Les simulations numériques permettent d'identifier et de déterminer la valeur des paramètres d'influence permettant d'optimiser l'engrenage du pignon 5 avec la couronne moteur 6 et ainsi de déterminer les caractéristiques optimales de l'organe élastique 31. Pour cela, des critères d'optimisation de l'engrenage du pignon 5 sur la couronne moteur 6 sont définis. Ces critères comprennent par exemple le temps d'engagement du pignon 5 sur la couronne moteur 6. De plus, le résultat des simulations numériques dépend des caractéristiques du lanceur 3, notamment le poids du lanceur 3 ou la taille du pignon 5. Cependant, pour réduire les coûts de production, un même organe élastique 31 peut être utilisé pour plusieurs types de lanceur 3 de sorte qu'une moyenne peut être effectuée sur les caractéristiques de différents lanceurs 3 pour obtenir les caractéristiques de l'organe élastique 31 permettant un engrenage quasi-optimal pour différents lanceurs.
Ainsi, ces simulations numériques ont montré, contrairement à ce qu'aurait pu attendre l'homme du métier, que la valeur de la précontrainte appliquée au pignon 5 par l'organe élastique 31 a une forte influence sur le début de l'engrenage du pignon 5 avec la couronne moteur 6, c'est-à-dire sur l'entrée du pignon 5 dans la couronne moteur 6. Au contraire, la valeur de raideur de l'organe élastique 31 n'a elle que peu d'influence. Par peu d'influence de la raideur de l'organe élastique 31 , on entend que la valeur de la raideur peut être choisie dans une large plage de valeurs, par exemple entre 2000 N/m et 10000 N/m sans que cela n'influence grandement les paramètres d'optimisation de l'engrenage du pignon 5 avec la couronne moteur 6.
Ainsi, l'organe élastique 31 est configuré pour que la précontrainte exercée sur le pignon 5 dans la position de repos contre l'élément d'arrêt 33 soit comprise entre 40 N et 80 N et de préférence entre 55 N et 65 N. De plus, le pignon 5 a, ici, une masse comprise entre 40 g et 110 g, notamment de l'ordre de 60 g, et le lanceur 3 (comprenant le pignon 5) a une masse comprise entre 250 g et 420 g, notamment de l'ordre de 320 g. Les valeurs de raideur et de précontrainte de l'organe élastique 31 peuvent donc être adaptées en fonction de la masse du lanceur 3.
Dans le cas d'un ressort hélicoïdal, le nombre de spires de l'organe élastique 31 est par exemple compris entre 2 et 4. Par ailleurs, il est à noter que l'organe élastique 31 peut être formé par plusieurs éléments élastiques comme par exemple plusieurs ressorts hélicoïdaux ou plusieurs élastomères voire une combinaison de ressorts et d'élastomères, les différents ressorts ou élastomères pouvant avoir des raideurs et/ou des longueurs et/ou courses différentes et être assemblés en série ou en parallèle. Le fonctionnement du démarreur 1 lors d'un démarrage et l'engrenage du pignon 5 avec la couronne moteur 6 vont maintenant être décrits à partir des figures 3 à 7.
La figure 3 représente la position de départ du démarreur 1 à l'arrêt. Lorsqu'un utilisateur envoie une commande de démarrage, la bobine 15 du contacteur 13 est alimentée ce qui provoque le déplacement de la partie mobile ou noyau mobile 17 vers la partie fixe 16 du noyau magnétique. Le déplacement du noyau mobile 17 provoque le basculement de la fourchette 21 et le déplacement du lanceur 3 vers l'avant et donc du pignon 5 vers la couronne moteur 6 comme représenté sur la figure 4. Lorsque le pignon 5 arrive en contact avec la couronne moteur 6, deux cas peuvent se présenter.
Dans un premier cas, le pignon 5 arrive directement dans un intervalle d'engrenage de la couronne moteur 6 et peut donc s'engrener directement avec la couronne moteur 6. Cependant, ce premier cas est relativement rare notamment dans le cas d'un démarrage à chaud puisque la couronne moteur 6 est en rotation.
Dans un deuxième cas, qui est donc le cas le plus fréquent, le pignon 5 vient en contact dent contre dent avec la couronne moteur 6 comme représenté sur la figure 4. L'inertie du lanceur 3 provoque alors la compression de l'organe élastique 31 qui absorbe cette énergie. Lorsque l'organe élastique 31 est comprimé (le pignon 5 n'atteint pas nécessairement la butée 37), comme le noyau mobile 17 continue de se déplacer vers la partie fixe 16, le ressort dent-dent 20 est alors comprimé comme représenté sur la figure 5. En pratique, les compressions de l'organe élastique 31 et du ressort dent-dent 20 peuvent se faire simultanément. Cependant, la compression de l'organe élastique 31 est plus rapide que celle du ressort dent-dent 20. Le noyau mobile 17 continu alors de se déplacer, de manière indépendant du pignon 5 du fait de l'écrasement du pignon dent-dent 20, jusqu'à venir en appui sur le noyau fixe 16.
Le noyau fixe 16 pousse un contact mobile qui vient en contact avec des bornes électriques de manière à créer la conjonction du contacteur 13 afin d'alimenter le moteur électrique 7. Le moteur électrique 7 provoque alors la rotation du lanceur 3 autour de l'axe X.
Ainsi, une fois comprimés, l'organe élastique 31 et le ressort dent-dent 20 appliquent une forte contrainte sur le pignon 5 vers l'avant, en direction de la couronne moteur 6, de sorte que, lorsqu'un intervalle d'engrenage apparaît entre le pignon 5 et la couronne moteur 6 (grâce à la rotation du pignon 5), le pignon 5 est projeté dans cet intervalle par l'action de l'organe élastique 31. En effet, l'organe élastique 31 ayant une grande raideur, une précontrainte importante et une faible course (entre 2 et 6mm), son action devient prépondérante par rapport à celle du ressort dent-dent 20 lorsqu'un intervalle d'engrenage se présente. Par intervalle d'engrenage on entend une position du pignon 5 où ses dents sont en face d'un espace entre deux dents successives de la couronne moteur 6. En effet, avant que le moteur électrique 7 atteigne sa pleine vitesse de rotation, le pignon 5 tourne à faible vitesse ce qui lui permet de se positionner dans cet intervalle d'engrenage.
L'entrée du pignon 5 dans la couronne moteur se fait donc rapidement par la détente de l'organe élastique 31 comme représenté sur la figure 6 puis l'action du ressort dent-dent 20 vient compléter l'action de l'organe élastique 31 et permet de continuer à exercer une contrainte sur le pignon 5 lorsque l'organe élastique 31 arrive en position de repos de manière à engrener complètement le pignon 5 avec la couronne moteur 6 comme représenté sur la figure 7. Une fois le pignon 5 engrené complètement sur la couronne moteur 6, ledit pignon transmet un couple important à ladite couronne pour démarrer le moteur thermique. Ainsi, l'utilisation d'un organe élastique 31 configuré pour appliquer une précontrainte comprise entre 40 N et 80 N au pignon 5 permet d'améliorer l'engrenage du pignon 5 avec la couronne moteur 6. L'organe élastique 31 permet donc d'enclencher l'engrenage en mettant en prise les dents du pignon 5 avec les dents de la couronne moteur 6 et le ressort dent-dent 20 permet, lui, de compléter cet engrenage. La précontrainte de l'organe élastique 31 permet d'obtenir une force suffisante pour permettre au pignon 5 d'entrée rapidement en engrenage avec la couronne moteur 6 lorsqu'un intervalle d'engrenage se présente et ce quelque soit le mouvement de la couronne moteur (à l'arrêt, rotation dans un sens ou dans un sens inverse).
La présente invention permet donc par une configuration de l'organe élastique 31 et du pignon 5, qui ne nécessite pas de coûts supplémentaires, d'obtenir un engrenage plus rapide et plus fluide du pignon 5 sur la couronne moteur 6, en évitant des rebonds du pignon, et ainsi de réduire l'usure du pignon 5 et de la couronne moteur 6 ainsi que le bruit émis par le démarreur 1 au moment du démarrage. L'organe élastique 31 agit donc en complément du ressort dent- dent 20 pour permettre un engrenage efficace de du pignon 5 avec la couronne moteur 6.
La figure 8 illustre le niveau d'efficacité de l'engrenage sur un échantillon d'un pignon et d'une couronne en fonction du niveau de précontrainte du pignon pour différente valeur de raideur de l'organe élastique. On remarque ainsi que lorsque le pignon présente une précontrainte avec une charge comprise entre 40 N et 80 N, alors l'engrenage du pignon avec la couronne présente une bonne efficacité (supérieure à 0,8). En outre, cette efficacité est encore améliorée (supérieure à 0,9), lorsque le pignon présente une précontrainte avec une charge comprise entre 55 N et 65 N. L'efficacité d'engrenage dépend donc peu de la raideur de l'organe élastique qui est dans cet exemple comprise entre 2000 N/m et 10000 N/m. Par efficacité, on entend un engrenage, d'un pignon dans une couronne, rapide et présentant un bruit atténué. En outre, un pignon des démarreurs de l'art antérieur présente en général une précontrainte avec une charge de l'ordre de 30 N. On remarque donc bien que ce niveau de précontrainte du pignon a une efficacité de l'ordre de 0.5 qui est nettement inférieure à la solution proposée dans un démarreur tel que précédemment décrit en référence à la présente invention.
En variante, on ne sortira pas du cadre de l'invention si le démarreur, tel que précédemment décrit, est utilisé dans un démarreur à pignon sortant. L'invention trouve des applications en particulier dans le domaine des démarreurs pour moteur thermique et notamment pour des moteurs thermiques de véhicule automobile mais elle pourrait également s'appliquer à tout type de démarreur.
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.

Claims

REVENDICATIONS
Lanceur pour démarreur (1) de véhicule automobile comprenant :
- une douille (23) comportant un épaulement (29) et un élément d'arrêt (33),
- un pignon (5) monté coulissant sur la douille (23) entre l'élément d'arrêt (33) et l'épaulement (29),
- au moins un organe élastique (31) monté entre le pignon (5) et l'épaulement (29) et étant adapté pour présenter une position de repos dans laquelle le pignon (5) est en appui sur l'élément d'arrêt (33) et une position comprimée dans laquelle le pignon (5) est éloigné dudit élément d'arrêt (33),
caractérisé en ce que l'organe élastique (31) est monté, dans sa position de repos, de façon à ce que le pignon (5) soit précontraint avec une charge comprise entre 40 N et 80 N.
Lanceur selon la revendication 1 dans lequel l'organe élastique (31) est monté, dans sa position de repos, de façon à ce que le pignon (5) soit précontraint avec une charge comprise entre 55 N et 65 N.
Lanceur selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le pignon (5) présente une masse comprise entre 40 g et 110 g, notamment de l'ordre de 60 g, et dans lequel le lanceur (3) présente une masse comprise entre 250 g et 420 g, notamment de l'ordre de 320 g.
Lanceur selon l'une des revendications précédentes dans lequel le pignon (5) présente une course entre l'élément d'arrêt (33) et l'épaulement (29) comprise entre 2 mm et 6 mm, notamment égale à 4 mm.
Lanceur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'organe élastique (31) présente une raideur comprise entre 2000 N/m et 10000 N/m.
Lanceur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'organe élastique (31) est un ressort.
Lanceur selon la revendication 6 dans lequel le ressort présente un nombre de spires compris entre deux et quatre.
8. Lanceur selon l'une des revendications précédentes dans lequel le pignon (5) est monté mobile entre une position avant dans laquelle le pignon (5) est en appui avec un élément d'arrêt (33) et une position arrière dans laquelle le pignon 5 est en appui contre une butée (37) et comprime l'organe élastique (31) contre l'épaulement (29).
9. Démarreur de véhicule automobile comprenant un lanceur selon l'une des revendications précédentes.
10. Démarreur selon la revendication 9 dans lequel l'organe élastique (31) est agencé pour que, lorsque l'organe élastique (31) est en position comprimée, le pignon (5) soit à une distance d'au moins 2 mm de l'élément d'arrêt (33) et soit éloigné de l'épaulement (29).
11. Démarreur selon la revendication 9 ou 10 comprenant au moins un ressort dent-dent (20) disposé au niveau d'un contacteur (13) et adapté pour exercer une force axiale sur le pignon (5) via une fourchette (21) et dans lequel la force exercée par l'organe élastique (31) sur le pignon (5), dans sa position de repos, est supérieure à la force exercée par ledit ressort dent-dent (20) sur ledit pignon (5).
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