FR2824599A1 - Dispositif de demarrage d'un moteur a combustion interne de propulsion d'un vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de demarrage d'un moteur a combustion interne de propulsion d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

L'un au moins d'un premier élément d'entraînement (8) calé sur le vilebrequin (5) et d'un second élément d'entraînement (9) calé sur un arbre de sortie de la machine électrique (7) du dispositif de démarrage (6) comporte une surface de contact avec un élément souple de transmission (10) qui n'est pas de révolution autour de l'axe du vilebrequin (5) ou de l'arbre de sortie de la machine électrique (7). La section de la surface de contact perpendiculaire à l'axe du vilebrequin ou de l'arbre de sortie de la machine électrique (7) présente un grand axe et un petit axe sensiblement perpendiculaires entre eux. La machine électrique (7) est notamment un alternateur réversible.

Description

équipées de perturbateurs (37).
L'invention concerne un dispositif de démarrage d'un moteur à com
bustion interne de propuision d'un véhicule automobile.
Les moteurs à combustion interne de propuision des véhicules auto mobiles comportent au moins un cylindre et généralement plusieurs cylin dres dans lesquels se déplace un piston qui est relié par une bielle à un vi
lebrequin qui est mis en rotation et constitue une partie tournante du moteur.
Pour réaliser le démarrage d'un moteur à combustion interne, on uti lise une machine électrique de démarrage, telle qu'un moteur électrique ou démarreur, qui entrane en rotation un élément solidaire du vilebrequin ou d'un volant calé sur le vilebrequin qui peut être constitué par une couronne dentée, par l'intermédiaire d'un organe d'entranement solidaire de l'arbre du démarreur. L'organe d'entranement peut être constitué par un pignon qui peut être déplacé, au moment o l'on actionne le démarreur, entre une posi tion désengagée et une position d'engrènement avec la couronne d'entra'
nement de la partie tournante du moteur.
On a également proposé d'utiliser un alternateur réversible pour réali ser, d'une part, le démarrage du moteur à combustion interne et, d'autre part, lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement, la pro
duction d'énergie électrique pour les besoins du véhicule automobile.
Dans le cas de l'utilisation d'un alternateur réversible pour démarrer le véhicule automobile, en particulier, il peut être avantageux de réaliser l'en tranement de la partie tournante du moteur par l'intermédiaire d'un élément d'entranement en rotation calé sur le vilebrequin, tel qu'une poulie ou un engrenage et d'un élément souple de transmission d'un mouvement de rota tion entre l'alternateur réversible et la partie tournante du moteur à combus tion interne, en prise avec l'élément d'entranement du vilebrequin. L'élément souple de transmission de la rotation entre l'alternateur réversible et le vile
brequin peut être une courroie lisse ou crantée ou encore une charne.
Dans le cas des démarreurs de type classique, c'est-à-dire constitués par un moteur électrique entranant une couronne dentée solidaire de la par tie tournante du moteur, par l'intermédiaire d'un pignon, le rapport de réduc tion de la transmission entre le démarreur et le moteur à combustion interne
est fIxe et relativement élevé (par exemple compris entre 10 et 15).
Dans le cas des alternateurs réversibles, on utilise également un rap port fixe de réduction mais ce rapport est beaucoup plus faible que dans le
cas des démarreurs classiques (typiquement compris entre 2,5 et 4).
Les démarreurs de type classique sont en fait surdimensionnés et utilisent une roue libre intégrée pour ne pas freiner le moteur dans sa phase de détente et pour fournir le couple nécessaire au démarrage du moteur thermique. Un objectif actuel, pour les constructeurs de véhicules automobiles, est de réduire la taille des machines électriques de démarrage, pour limiter les coûts de telles machines électriques et leur consommation au démarrage
du moteur.
Cette réduction de taille et de puissance des machines électriques de démarrage nécessite de pouvoir utiliser des couples de démarrage plus fai bles. Dans le cas de dispositifs de démarrage comportant un alternateur réversible et fonctionnant avec un rapport de rébuction fixe, il est nécessaire de prévoir des alternateurs réversibles dont les caractéristiques électriques et en particulier le couple à bas régime doivent être adaptées à la puissance
du moteur à combustion interne dont on réalise le démarrage.
Une telle exigence entrane une complication quant à la fabrication de
véhicules automobiles pouvant présenter plusieurs types de motorisation.
De manière plus générale, dans le cas d'un dispositif de démarrage comportant une machine électrique d'un type quelconque, il peut être avan tageux d'optimiser l'utilisation de la machine électrique pour assurer le dé marrage du moteur à combustion interne avec la plus faible puissance et la
plus faible consommation électrique possible.
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de démarrage d'un moteur à combustion interne de propuision d'un véhicule automobile dont la partie tournante comprend un vilebrequin, comportant une machine électri que, un premier élément d'entranement en rotation du moteur à combustion interne calé sur le vileUrequin et un élément souple de transmission d'une rotation entre un second élément d'entranement solidaire d'un arbre de sor tie de la machine électrique et le premier élément d'entranement solidaire du vilebrequin, ce dispositif de démarrage permettant de limiter la puissance et la consommation de la machine électrique au démarrage et de faciliter l'adaptation des caractéristiques de la machine électrique à la puissance du
moteur à combustion interne.
Dans ce but, I'un au moins du premier élément d'entranement en ro tation solidaire du vilebrequin et du second élément d'entranement solidaire de l'arbre de sortie de la machine électrique comporte une surface de contact avec l'élément souple de transmission qui n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe du vilebrequin ou de l'axe de l'arbre de sortie de la machine électrique et dont le contour de la section perpendiculaire à l'axe du vilebrequin ou de l'arbre de sortie de la machine électrique présente un
grand axe et un petit axe sensiblement perpendiculaires entre eux.
De préférence, la machine électrique est un alternateur réversible pouvant fonctionner en moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion interne et en alternateur de production d'énergie électrique,
pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exem ple, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif de démarrage suivant l'invention, de manière comparative à un dispositif de démarrage
suivant l'art antérieur.
La figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in
terne et d'un dispositif de démarrage à poulie et courroie.
La figure 2 est un diagramme donnant le régime d'un moteur en fonc tion du temps pendant une phase de démarrage, pour différents rapports de
réduction du dispositif de démarrage électrique.
La figure 3 est une vue d'une section dans un plan perpendiculaire à l'axe d'un vilebrequin d'un élément d'entranement suivant l'art antérieur et d'un élément d'entranement suivant l'invention calés sur le vilebrequin du
véhicule automobile.
Les figures 4A et 4B d'une part et 5A et 5B d'autre part sont des vues schématiques montrant la position des pistons du moteur à combustion in terne et la position correspondante de l'élément d'entranement suivant l'in vention calé sur le vilebrequin, au cours de deux phases de fonctionnement
du moteur à combustion interne.
La flgure 6 est un diagramme donnant le couple de compression d'un moteur à combustion interne et le couple d'entranement d'un démarreur suivant l'invention, en fonction de la position angulaire du vilebrequin du mo teur. La figure 7 est une vue schématique montrant un dispositif de tension de la courroie d'entranement d'un dispositif de démarrage suivant l'invention. La figure 8 est une vue schématique en perspective d'une courroie d'entranement à position variable d'un dispositif de démarrage suivant l'invention. Sur la flgure 1, on voit un moteur à combustion interne désigné de manière générale par le repère 1 et qui comporte quatre cylindres 2a, 2b, 2c, 2d à l'intérieur de chacun desquels se déplace un piston correspondant tel que 3a relié par l'intermédiaire d'un embiellage 4a à un vilebrequin 5 (repré
senté de manière conventionnelle sous forme d'un axe rectiligne).
Le dispositif de démarrage 6 du moteur à combustion interne l com porte une machine électrique d'entranement 7 qui peut être un alternateur réversible, un élément d'entranement 8 calé sur le vilebrequin 5 qui peut être une poulie-ou un pignon denté et un élément souple de transmission 10 qui peut être une courroie lisse ou crantée ou une chane assurant la liaison en rotation entre un pignon ou une poulie 9 calé sur l'arbre de sortie de la
machine électrique 7 et l'élément 8 d'entranement du vilebrequin 5.
Dans le cas des dispositifs de démarrage suivant l'art antérieur, I'élément d'entranement 8 est une poulie ou un pignon qui présente une surface de contact avec l'élément souple de transmission 10 ayant une forme de révolution autour de l'axe du vilebrequin, par exemple une forme globalement cylindrique ou de portion de tore, ayant une section circulaire,
dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin.
Sur la figure 3, on a représenté, sur un diagramme donnant les posi tions angulaires du vilebrequin, la section 11 dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin d'un élément d'entranement suivant l'art antérieur, la section 11 étant un cercle centré sur la trace de l'axe du vilebrequin dans le
plan de figure.
Dans le cas o l'on utilise un dispositif de démarrage suivant l'art an térieur, le rapport de réduction de la transmission du démarreur, c'est-àdire le rapport entre les rayons des éléments d'entranement 8 et 9 est un rapport
fixe K qui peut être par exemple de 3 ou 4,5.
Sur la fig u re 2, on a représenté, dans u n d iag ram me don n ant le ré gime du moteur en tours par minute au moment du démarrage en fonction du temps, les courbes relatives à un démarrage avec un rapport de réduc tion K = 3 (courbe 12) et à un démarrage avec un rapport de réduction K =
4,5 (courbe 13).
On voit sur le diagramme de la figure 2 qu'il n'est pas possible de ré aliser le démarrage du moteur à combustion interne considéré avec un rap
port de!éduction fixe, du fait d'un couple insuffisant au démarrage.
Dans le cas d'un rapport de réduction élevé (K = 4,5), le moteur
s'arrête après une période, en une durée un peu supérieure à 0,1 seconde.
Dans le cas de l'utilisation d'un rapport de réduction plus faible (K = 3) , le couple au démarrage permet de faire tourner le moteur au cours de deux périodes successives, le moteur s'arrêtant après une durée un peu
supérieure à 0,25 seconde.
Pour démarrer le moteur, il est nécessaire de surdimensionner la ma chine électrique pour augmenter le couple à bas régime de la machine élec trique. Selon l'invention, comme représenté sur la figure 3, I'élément d'entranement 8 calé sur le vilebrequin 5 présente une surface de contact avec l'élément souple d'entranement 10 dont la section dans un plan per pendiculaire à l'axe du vilebrequin peut être représentée par la ligne 14 en
forme d'ellipse sur la figure 3.
En utilisant un tel élément d'entranement comportant une section elliptique, le rapport de réduction varie entre un minimum, lorsque l'élément souple d'entranement 10 est en contact avec le contour 14 de la section, suivant son petit axe, et un maximum, lorsque l'élément souple d'entra nement 10 est en contact avec le contour 14 de la section de
l'élément d'entranement suivant son grand axe.
Le rapport de réduction K peut ainsi varier entre deux limites, par exempleentreK=3etK=4,5. Comme il est visible sur la figure 2, un rapport de réduction variabie peut permettre le démarrage du moteur, comme représenté par la courbe , si l'élément d'entranement 8 est calé sur le vilebrequin dans une posi
tion adéquate, par exemple telle que représentée sur la figure 3.
Comme représenté sur les figures 4A, 4B et 5A, 5B, le calage de I'élément 8 sur le vilebrequin 5 permet d'adapter le couple au démarrage et la vitesse d'entranement du dispositif de démarrage à la position des pis
tons 3a, 3b, 3c, 3d dans les-cylindres du moteur à combustion interne.
Sur la figure 4A, on a représenté les pistons dans une position ali
gnée qui correspond à l'angle 90 du vilebrequin (voir figure 3).
Dans cette configuration, I'élément souple 10 du dispositif de démar rage est en contact avec le contour de la section de l'élément d'entranement suivant les extrémités du petit axe du contour elliptique 14 de
l'élément 8 dans un plan perpendiculaire à i'axe du vilebrequin.
Le rayon de l'élément d'entranement suivant le petit axe est un rayon
r inférieur au rayon R suivant le grand axe.
Dans la position représentée sur les figures 4A et 4B, le couple résis
tant du moteur est minimal et donc on transmet un couple plus faible.
La partie tournante du moteur et les pistons sont rapidement entrat nés vers une position de démarrage telle que représentée sur la figure 5A, dans laquelle l'un des pistons 3a est en phase de compression et situé au
point mort haut.
La position angu laire du vil ebrequ in 5 est tel le q ue l'élém ent d'entranement 8 calé sur le vilebrequin soit en contact, par sa surface péri phérique, avec l'élément souple d'entranement 10 suivant le grand axe de le contour 14, le rapport de réduction égal au rayon R suivant le grand axe de l'élément d'entranement 8 au rayon fixe de ia poulie de l'alternateur étant alors maximal. Le couple transmis est maximal au moment o le couple ré
sistant est maximal.
Le démarrage du moteur dans la position de compression du piston 3a est alors facilité, de sorte qu'il est possible d'utiliser une machine électri que qui n'est pas surdimensionnée, le couple de démarrage étant adapté
aux positions de démarrage du moteur.
Sur la figure 6, on a représenté, dans u n diagram me donnant le cou ple de compression et le couple de démarrage du moteur en fonction de la position angulaire du vilebrequin, une première courbe 16 représentative du couple de compression du moteur et une seconde courbe 17 représentative
du rapport de réduction K du dispositif de démarrage suivant l'invention.
On constate sur la flgure 6 que, lorsque le couple de compression (couple négatif) est maxImal, on applique le rapport de réduction maximal
pour augmenter le couple transmis.
On assure donc toujours des conditions de démarrage optimales du moteur. La réduction de la puissance de démarrage et de la consommation électrique du dispositif de démarrage est particulièrement avantageuse, dans le cas d'un véhicule automobile comportant un système de type "stop and start", c'est-à-dire un système de commande de l'arrêt et du redémar rage du moteur, de manière automatique, par exemple en circulation ur
baine, dense, lorsque le véhicule est dans une file à circulation discontinue.
Sur la figure 7, on a représenté un dispositif de tension dynamique 18 permettant de régler la tension de l'élément souple 10, à une valeur sensi blement constante, quelle que soit la position angulaire de l'élément d'en
tranement 8 de forme elliptique solidaire du vilebrequin.
L'élément de tension dynamique 18 comporte des patins 19 mainte nus en contact avec la surface extérieure de l'élément souple 10 (par exem
ple une courroie) par l'intermédiaire de ressorts hélicodaux 20.
Sur la figure 8, on a représenté une partie d'extrémité du vilebrequin 5 du moteur à combustion interne, sur laquelle sont calées, d'une part, la pou lie elliptique 8 en prise avec l'élément souple de transmission 9 et, d'autre
part, une poulie circulaire 21.
Un dispositif d'actionnement, par exemple de type mécanique ou électromagnétique, schématisé par la flèche 22, permet de faire passer I'élément souple 9 de la poulie elliptique 8 (position de démarrage représen tée sur la figure 8) à la poulie circulaire 21 (position de fonctionnement pen
dant la marche normale du véhicule automobile), et inversement.
Un dispositif de commutation tel que représenté sur la figure 8 permet de faire fonctionner l'alternateur selon un régime réqulier. Toutefois, les os cillations du régime de l'alternateur, lorsque la transmission de la rotation du vilebrequin est transmise à l'alternateur par la poulie elliptique 8, ne sont pas
réellement nuisibles pour le bon fonctionnement de l'alternateur.
Un dispositif de commutation tel que représenté sur la figure 8 peut présenter un intérêt dans le cas d'un démarreur comportant un moteur élec trique qui doit être inactif pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne. Dans ce cas, I'élément souple de transmission 9 tel qu'une courroie est déplacé entre une position active en contact avec la pou lie elliptique 8 et une position inactive dans laquelle la transmission entre le
démarreur et le vilebrequin est interrompue.
L'élément d'entranement calé sur le vilebrequin peut être une poulie lisse ou crantée ou un pignon de forme elliptique ou présentant une section ayant toute autre forme adaptée présentant un grand axe et un petit axe sensiblement perpendiculaires entre eux. De même, le second élément d'en tranement solidaire de l'axe de l'alternateur réversible peut être une poulie
ou un pignon éventuellement elliptique.
L'élément d'entranement tel qu'une poulie elliptique peut être obtenu par usinage sur un tour à commande numérique, par moulage d'un matériau
composite ou encore sous la forme d'un matériau fritté.
Le rendement du moteur à combustion interne pourrait étre éventuel lement dégradé par les frottements et l'inertie attachés au système de transmission du dispositif de démarrage. On a pu observer que ces phéno mènes ne présentent pas une intensité suffisante pour modifier de manière
sensible le rendement du moteur.
L'invention ne se limite pas strictement au mode de réalisation qui a
été décrit.
C'est ainsi que le dispositif de démarrage peut comporter un premier élément d'entranement calé sur le viiebrequin ayant une surface de contact d'entranement à contour circulaire et un second élément d'entranement solidaire de l'arbre de sortie de la machine électrique ayant une surface de contact avec l'élément de transmission souple qui ne soit pas symétrique de
révolution et par exemple de forme elliptique.
On peut envisager toute combinaison des éléments d'entranement calés sur le vilebrequin et solidaires de l'arbre de la machine électrique, de manière à obtenir une modulation voulue du rapport de rébuction du disposi
tif de démarrage.
Le premier élément d'entranement solidaire du vilebrequin et le se cond élément d'entranement solidaire de l'axe de la machine électrique
peuvent être constitués par une poulie à gorge ou un pignon.
L'élément souple d'èntranement peut être une courroie lisse, une
courroie crantée ou une chane.
L'invention s'applique à tout véhicule automobile comportant un mo teur à combustion interne, que ce moteur soit à allumage commandé ou à
allumage par compression.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1.- Dispositif de démarrage d'un moteur à combustion interne (1) de propuision d'un véhicule automobile dont la partie tournante comprend un vilebrequin (5), comportant une machine électrique (7), un premier élément d'entranement en rotation (8) du moteur à combustion interne (1) calé sur le vilebrequin (5) et un élément souple (10) de transmission d'une rotation en tre un second élément d'entranement (9) solidaire d'un arbre de sortie de la machine électrique (7) et le premier élément d'entranement solidaire du vi lebrequin (5), caractérisé par le fait que l'un au moins du premier élément d'entranement en rotation (8) solidaire du vilebrequin (5) et du second élé ment d'entranement (9) solidaire de l'arbre de sortie de la machine électri que (7) comporte une surface de contact avec l'élément souple de transmis sion (10) qui n'est pas symétrique de révolution autour de l'axe du vilebre quin (5) ou de l'axe de l'arbre de sortie de la machine électrique (7) et dont le contour (14) de la section perpendiculaire à l'axe du vilebrequin (5) ou de l'arbre de sortie de la machine électrique (7) présente un grand axe et un
petit axe sensiblement perpendiculaires entre eux.
2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la machine électrique (7) est un alternateur réversible fonctionnant en moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion interne et produisant de l'énergie élèctrique pendant le fonctionnement du moteur à combustion
interne (1).
3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca
ractérisé par le fait que le contour (14) de la section de la surface de contact de l'un au moins du premier élément et du second élément d'entranement
(8, 9) avec l'élément souple (10) présente une forme elliptique.
4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca
ractérisé par le fait que l'élément souple de transmission (10) est l'un des
éléments suivants: courroie lisse, courroie crantée, chane.
5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca
ractérisé par le fait que le premier et le second éléments d'entranement (8,
9) sont constitués par l'un des éléments suivants: poulie à gorge, pignon.
6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca
ractérisé par ie fait que l'un au moins du premier et du second éléments d'entranement (8, 9) est obtenu par l'un des procédés suivants: usinage sur
un tour à commande numérique, moulage d'un matériau composite, frittage.
7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca
ractérisé par le fait que le premier élément (8) d'entranement en rotation du vilebrequin (5) comporte une surface de contact avec l'élément souple de transmission (10) qui n'est pas symétrique de révolution et une section per pendiculaire à l'axe du vilebrequin (5) dont le contour (14) présente un grand axe et un petit axe sensiblement perpendiculaires entre eux, le premier élé ment d'entranement (8) étant calé sur le vileUrequin (5), dans une position telle que l'élément souple (10) de transmission est en contact avec la section (14) de la surface de contact du premier élément (8) suivant son petit axe, lorsque l'ensemble de pistons (3a, 3b, 3c, 3d) du moteur à combustion in terne sont alignés et en contact avec la section (14) de la surface de contact du premier élément (8) suivant son grand axe, lorsque l'un au moins des pistons (3a, 3b, 3c, 3d) du moteur à combustion interne est à son point mort
haut, dans une position de compression.
8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, ca
ractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif (18) de tension dynamique de l'élément souple (10) permettant de régler la tension de l'élément souple (10) à une valeur sensiblement constante, pendant le démarrage et éven
tuellement le fonctionnement du moteur à combustion interne.
9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, ca
ractérisé par le fait qu'un troisième élément d'entranement (21) ayant une surface de contact avec l'élément souple de transmission (9) à section circu laire est calé sur le vilebrequin (5) en parallèle au premier élément d'entranement (8) et qu'il comporte de plus un élément d'actionnement (22) pour faire passer l'élément souple de transmission (9) du premier élément d'entranement (8) au troisième élément d'entranement (21), après le dé
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