FR3056261A1 - Pignon de demarreur de vehicule automobile a performances acoustiques ameliorees - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un démarreur pour véhicule automobile comprenant un pignon (31) comportant une pluralité de dents (42), chaque dent (42) ayant un flanc menant (51) et un flanc mené (52), caractérisé en ce que ledit pignon (31) étant défini par un module ayant une valeur comprise entre 2,5 et 2,54, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres ou ledit pignon (31) étant défini par un module ayant une valeur de 2.12, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 15 et 40 micromètres.
Description
Titulaire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
($4) PIGNON DE DEMARREUR DE VEHICULE AUTOMOBILE A PERFORMANCES ACOUSTIQUES AMELIOREES.
FR 3 056 261 - A1 _ L'invention porte principalement sur un démarreur pour véhicule automobile comprenant un pignon (31) comportant une pluralité de dents (42), chaque dent (42) ayant un flanc menant (51) et un flanc mené (52), caractérisé en ce que ledit pignon (31) étant défini par un module ayant une valeur comprise entre 2,5 et 2,54, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres ou ledit pignon (31 ) étant défini par un module ayant une valeur de 2.12, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 15 et 40 micromètres.
PIGNON DE DÉMARREUR DE VÉHICULE AUTOMOBILE À PERFORMANCES ACOUSTIQUES AMÉLIORÉES
La présente invention porte sur un pignon de démarreur de véhicule automobile à performances acoustiques améliorées.
Afin de démarrer un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, il est connu d'utiliser une machine électrique tournante sous la forme d’un démarreur pourvu d'un lanceur capable de transmettre une énergie de rotation du démarreur à un vilebrequin du moteur thermique par l'intermédiaire d'une couronne de démarrage.
îo A cet effet, le lanceur est monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement entre une position de repos dans laquelle les dents d'un pignon d'entraînement sont dégagées des dents de la couronne de démarrage, et une position d'activation dans laquelle les dents du pignon d'entraînement engrènent avec des dents de la couronne de démarrage.
De façon connue en soi, le pignon d'entraînement et la couronne du moteur présentent des flancs ayant un profil de courbure en développant de cercle. Cette forme géométrique est nécessaire pour garantir une transmission efficace de l'élément menant vers l'élément mené.
La robustesse des dents du pignon ainsi qu'un entraînement silencieux nécessitent de maîtriser la précision de la courbure des flancs du pignon dans la zone d'engrènement afin d'éviter les chocs qui sont à l'origine de bruit et de vibrations. Toutefois, il existe une dispersion en sorte que le terme fHalpha correspondant à un écart entre le profil réel et le profil théorique attendu peut être négatif ou positif.
La demanderesse a mis en évidence que les pignons ayant des dents à fHalpha positif, c'est à dire des dents localement plus épaisses, présentent des performances acoustiques meilleures que les pignons à fHalpha négatif. Cela est notamment dû à la déformation élastique de la dent sous la charge créant ainsi une variation de profil par rapport au profil théorique optimal.
L'invention vise à définir une configuration optimale de pignon à FHalpha positif. A cet effet, l'invention a pour objet un démarreur pour véhicule automobile comprenant un pignon comportant une pluralité de dents, chaque dent ayant un flanc menant et un flanc mené, caractérisé en ce que ledit pignon étant défini par un module ayant une valeur comprise entre 2,5 et 2,54, au moins 80% des dents dudit pignon comportent un flanc menant ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres ou ledit pignon étant défini par un module ayant une valeur de 2.12, au moins 80% des dents dudit pignon comportent un flanc menant ayant un FHalpha positif îo compris entre 15 et 40 micromètres.
L'invention permet ainsi, grâce à cette plage de valeurs spécifiques de FHalpha pour les flancs menant des dents du pignon, de minimiser le bruit lors du démarrage du moteur thermique pour des pignons ayant un module compris entre 2.5 et 2.54 ou valant 2.12.
Selon une réalisation, le flanc menant du pignon défini par un module ayant une valeur comprise entre 2.5 et 2.54 possède un FHalpha positif compris entre 40 et 50 micromètres.
Selon une réalisation, la totalité des dents du pignon défini par un module ayant une valeur comprise entre 2.5 et 2.54 comportent un flanc menant ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres et avantageusement entre 40 et 50 micromètres.
Selon une réalisation, une face d’entrée dans une couronne de démarrage de chaque dent du pignon comprend un biseautage.
Selon une réalisation, ledit pignon est de type fritté.
Selon une réalisation, ledit pignon a subi un traitement par cémentation.
Selon une réalisation, ledit pignon est obtenu par frappe à froid.
Selon une réalisation, ledit démarreur comporte un ensemble lanceur monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement.
Selon une réalisation, ledit démarreur comporte un contacteur apte à actionner un levier de commande pour déplacer ledit ensemble lanceur par rapport à l'arbre d'entraînement entre une première position dans laquelle l'ensemble lanceur entraîne le moteur thermique par l'intermédiaire du pignon d'entrainement, et une deuxième position dans laquelle ledit pignon d'entraînement est désengagé de la couronne de démarrage du moteur thermique.
Selon une réalisation, ledit démarreur comporte un réducteur de vitesses interposé entre un arbre de rotor d'une machine électrique et ledit arbre îo d'entraînement.
Selon une réalisation, un rapport de conduite étant égal à une longueur de ligne d'action divisé par un pas de base, ledit rapport de conduite est supérieur ou égal à 1,5 et en ce qu'une épaisseur de tête de dent est supérieure ou égale à 0,2 fois le module dudit pignon pour au moins 80% des dents dudit pignon.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique de côté d'un démarreur de moteur thermique selon la présente invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'un pignon selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective partielle d'un pignon selon la présente invention illustrant la forme biseautée réalisée sur la face d'entrée des dents;
La figure 4 représente les niveaux de bruit mesurés lors d'une phase de démarrage du moteur thermique pour des pignons ayant un module compris entre 2.5 et 2.54 et un flanc menant ayant un FHalpha valant respectivement 20 micromètres, 40 micromètres, et 70 micromètres;
La figure 5 représente les niveaux de bruit mesurés lors d'une phase de démarrage du moteur thermique pour des pignons ayant un module de 2.12 comportant un flanc menant ayant un FHalpha valant respectivement 0 micromètres, 15 micromètres, et 36 micromètres;
La figure 6 est une représentation schématique de la zone d'engrènement entre le pignon du démarreur et la couronne de démarrage illustrant la longueur de ligne d'action et le pas de base utilisés pour définir un rapport de conduite optimum entre le pignon et la couronne de démarrage.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre.
On a représenté schématiquement sur la figure 1 un démarreur 10 pour io moteur thermique de véhicule automobile. Ce démarreur 10 à courant continu comprend, d'une part, un rotor 12, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe X, et d'autre part, un stator 13, encore appelé inducteur, positionné autour du rotor 12.
Ce stator 13 comporte une culasse portant un ensemble d'aimants permanents 15 destinés à produire un champ inducteur. Les aimants permanents 15 sont conformés selon des segments cylindriques, en étant angulairement répartis à intervalles réguliers à l'intérieur de la culasse. En variante, les pôles du stator 13 sont formés par des bobines.
Le rotor 12 comporte un corps de rotor 17 et un bobinage 18 enroulé dans des encoches du corps de rotor 17. Le corps de rotor 17 consiste en un paquet de tôles présentant des encoches longitudinales 26. Pour former le bobinage 18, des fils conducteurs en forme d'épingle 21 sont enfilés à l’intérieur des encoches 26 généralement sur deux couches distinctes. Le bobinage 18 forme, de part et d'autre du corps de rotor 17, des chignons 19.
Le rotor 12 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 22 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs du bobinage 18, formés dans l'exemple considéré par les épingles 21.
Un groupe de balais 23 et 24 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 18, l'un des balais 23 étant relié à la masse du démarreur 10 et un autre des balais 24 étant relié à une borne électrique 25 d'un contacteur 27.
Les balais 23 et 24 viennent frotter sur le collecteur 22 lorsque le rotor 12 est en rotation, permettant l'alimentation du rotor 12 par commutation du courant électrique dans des sections du rotor 12.
Le contacteur 27 comprend, outre la borne 25 reliée au balai 24, une borne
39 reliée, via un élément de liaison électrique, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie.
Le démarreur 10 comporte en outre un ensemble lanceur 29 monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement 28 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 12.
îo Un réducteur de vitesses 30 est interposé entre un arbre du rotor 12 et l'arbre d'entraînement 28. L'ensemble lanceur 29 comporte un élément d'entraînement formé par un pignon 31 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur thermique, tel qu'une couronne de démarrage 45.
L'ensemble lanceur 29 comprend en outre une roue libre 32 et une rondelle
33 définissant entre elles une gorge 34 pour recevoir l'extrémité 35 d'un levier de commande 37. Le levier de commande 37 est actionné par le contacteur 27 pour déplacer l'ensemble lanceur 29 par rapport à l'arbre d'entraînement 28, suivant l'axe X, entre une première position dans laquelle l'ensemble lanceur 29 entraîne le moteur thermique par l'intermédiaire du pignon d'entrainement 31, et une deuxième position dans laquelle le pignon d'entraînement 31 est désengagé de la couronne de démarrage 45 du moteur thermique. Lors de l'activation du contacteur 27, une plaque de contact interne (non représentée) permet d'établir une connexion entre les bornes 25 et 39 afin de mettre sous tension le moteur électrique. Cette connexion sera coupée lors de la désactivation du contacteur 27.
La figure 2 montre le pignon 31 d'axe Y destiné à engrener avec la couronne de démarrage 45 du moteur thermique. Ce pignon 31 comporte un corps 41 de forme globalement annulaire muni de dents 42 sur sa périphérie externe. Le pignon 31 comporte des cannelures 44 en périphérie interne destinées à coopérer avec des dentures de forme correspondante ménagées dans l'arbre d'entraînement 28. Deux dents 42 adjacentes définissent entre elles un espace d'engrenage dans lequel est destinée à s'engager une dent 46 de la couronne de démarrage 45 (cf. figure 1).
Chaque dent 42 comporte deux flancs de dent 51, 52 opposés l'un par rapport à l'autre. Durant le démarrage du moteur thermique et suivant la position angulaire du vilebrequin du moteur thermique, le pignon 31 passe alternativement d'une phase dite d'entraînement dans laquelle le pignon 31 entraîne en rotation la couronne de démarrage 45 à une phase dite entraînée dans laquelle le pignon 31 est entraîné par la couronne de démarrage 45.
îo Ainsi, on distingue, pour chaque dent 42 du pignon 31, un flanc menant 51 en contact avec la couronne de démarrage 45 lors de la phase d'entraînement et un flanc mené 52 en contact avec une dent 42 correspondante de la couronne de démarrage 45 lors de la phase entraînée. La position des flancs 51, 52 dépend du sens de rotation du pignon 31 lorsque la machine électrique du démarreur 10 est activée.
La figure 4 représente les niveaux de bruit N_20, N_40, et N_70 mesurés lors d'une phase de démarrage du moteur thermique pour des pignons définis par un module ayant une valeur comprise entre 2,5 et 2,54, et comportant un flanc menant 51 ayant un FHalpha valant respectivement 20 micromètres, 40 micromètres, et 70 micromètres.
Il en ressort que l'intensité du pic de bruit P est maximum pour une valeur de FHalpha valant 20 micromètres, diminue pour une valeur de FHalpha valant 40 micromètres (cf. valeur P') et commence à remonter pour une valeur de FHalpha valant 70 micromètres (cf. valeur P).
On sélectionne donc avantageusement une plage de FHalpha positif pour les flancs menants 51 des dents 42 comprise entre 30 et 70 micromètres. Avantageusement, la plage est comprise entre 40 et 50 micromètres.
De préférence, la totalité des dents 42 du pignon 31 comportent un flanc menant 51 vérifiant la plage de FHalpha précitée. Afin de faciliter la réalisation de dents 42 symétriques, le flanc menant 51 et le flanc mené 52 des dents 42 présentent sensiblement la même valeur de FHalpha.
Dans tous les cas, au moins 80% des dents 42 du pignon 31 doivent comporter un flanc menant 51 vérifiant la plage de FHalpha précitée afin d'obtenir l'effet de réduction de bruit recherché pour un pignon 31 ayant un module compris entre 2.5 et 2.54 bornes incluses.
La figure 5 représente les niveaux de bruit N_0, N_15, et N_36 mesurés lors d'une phase de démarrage du moteur thermique pour des pignons 31 définis par un module ayant une valeur de 2.12, et comportant un flanc menant 51 ayant un FHalpha valant respectivement 0 micromètre, 15 micromètres, et 36 micromètres.
ίο II en ressort que le niveau de bruit est maximum pour une valeur de FHalpha valant 0 micromètre. Le niveau de bruit est réduit pour un flanc menant 51 ayant un FHalpha positif compris entre 15 et 40 micromètres et valant de préférence 36 micromètres.
De préférence, la totalité des dents 42 du pignon 31 comportent un flanc menant 51 vérifiant la plage de FHalpha précitée. Afin de faciliter la réalisation de dents 42 symétriques, le flanc menant 51 et le flanc mené 52 des dents 42 présentent sensiblement la même valeur de FHalpha.
Dans tous les cas, au moins 80% des dents 42 du pignon 31 doivent comporter un flanc menant 51 vérifiant la plage de FHalpha précitée afin d'obtenir l'effet de réduction de bruit recherché pour un pignon 31 ayant un module de 2.12.
Par ailleurs, on définit un rapport de conduite εα qui est égal à une longueur de ligne d'action LA divisé par un pas de base PB, soit sa=LA/PB. Comme cela est illustré par la figure 6, la longueur de la ligne d'action LA est la longueur d'un segment mesuré sur une tangente au cercle de base Cb_p du pignon 31 et au cercle de base de la couronne de démarrage 45, ce segment étant délimité par une première intersection 11 entre cette tangente et le cercle de tête de dents du pignon Ct_p et par une deuxième intersection I2 entre cette tangente et le cercle de tête de dents de la couronne Ct_c. La longueur de ligne d'action LA correspond au déplacement du point de conduite entre une dent 42 du pignon 31 et une dent 46 de la couronne 45.
Par ailleurs, la longueur du pas de base PB est égale à TT*m*cos(a), m et a étant respectivement le module et l'angle de pression du pignon 31. La longueur du pas de base PB correspond à la longueur d'un segment mesurée sur la tangente au cercle de base du pignon Cb_p et au cercle de base de la couronne Cb_c, ce segment étant délimité par deux points de conduite de deux flancs 51 menants de dents 42 du pignon 31 consécutifs avec des dents 46 de la couronne de démarrage 45.
Afin de minimiser le bruit lors de la phase d'entraînement de la couronne de démarrage 45, le rapport de conduite εα est supérieur ou égal à 1,5 et une îo épaisseur de tête de dent Sa est supérieure ou égale à 0,2 fois le module m du pignon 31 pour au moins 80% des dents 42 du pignon 31, de préférence la totalité des dents 42.
En effet, l'épaisseur de tête de dent Sa doit être supérieure ou égale à 0.2*m pour éviter un risque de casse des dents 42 du pignon 31. Cela implique une valeur du rapport de conduite εα maximum pour chaque dimension de pignon 31.
Dans un exemple de réalisation, le rapport de conduite εα vaut 1,5 plus ou moins 5%.
Comme cela est bien visible sur la figure 3, une face d’entrée dans la couronne de démarrage 45 de chaque dent 42 du pignon 31 comprend un biseautage 55 pour faciliter l'insertion de chaque dent 42 de pignon dans l'espace d'engrenage entre deux dents 46 correspondantes de la couronne 45. Ce biseautage 55 est réalisé sur une face d'extrémité axiale 56 de chaque dent 42 ayant une orientation radiale par rapport à l'axe Y du pignon
31.
Afin d'obtenir aisément la forme du pignon 31, le pignon 31 pourra être un pignon fritté obtenu par compactage d'une poudre à base de fer et de carbone dans un moule adapté.
En outre, pour améliorer sa tenue mécanique, le pignon 31 pourra subir un traitement par cémentation. Cette opération consiste en un traitement thermochimique, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un traitement thermique à haute température qui s'accompagne d'une modification de la composition chimique de l'alliage de base par enrichissement et d'une diffusion en carbone apporté par une atmosphère du four riche en élément carbone. Le pignon 31 à traiter étant en contact avec cette atmosphère riche en carbone dans le four de traitement, le carbone va alors enrichir la surface puis diffuser sur une certaine profondeur créant ainsi un gradient de concentration en carbone décroissant depuis la surface et sur une certaine profondeur jusqu'à retrouver la teneur initiale en carbone de l'alliage.
Une fois cette étape réalisée à haute température, on procède ensuite à une to opération de trempe consistant en une phase de refroidissement brutal de la pièce. Cela va permettre d'obtenir les transformations de structures métallurgiques et des modifications de dureté afin d'obtenir un profil de dureté décroissant dans toute la couche superficielle cémentée (depuis la surface et sur une certaine profondeur). Enfin, les pièces ne restent pas à l'état brut de trempe (sinon elles seraient très fragiles). Les pièces subissent un revenu de détente qui a un léger impact sur la dureté en surface et à proximité, c’est-à-dire à une profondeur de l'ordre de 0.2mm par exemple mais pas sur le reste du profil de dureté.
Alternativement, le pignon 31 est obtenu par frappe à froid.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
Claims (3)
- REVENDICATIONS1. Démarreur (10) pour véhicule automobile comprenant un pignon (31) comportant une pluralité de dents (42), chaque dent (42) ayant un flanc menant (51) et un flanc mené (52), caractérisé en ce que ledit pignon (31)5 étant défini par un module ayant une valeur comprise entre 2,5 et 2,54, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres ou ledit pignon (31) étant défini par un module ayant une valeur de 2.12, au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31) comportent un flanc menant (51) ayant un îo FHalpha positif compris entre 15 et 40 micromètres.
- 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flanc menant (51) du pignon (31) défini par un module ayant une valeur comprise entre 2.5 et 2.54 possède un FHalpha positif compris entre 40 et 50 micromètres.15 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la totalité des dents (42) du pignon (31) défini par un module ayant une valeur comprise entre 2.5 et 2.54 comportent un flanc menant (51) ayant un FHalpha positif compris entre 30 et 70 micromètres et avantageusement entre 40 et 50 micromètres.20 4. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une face d’entrée dans une couronne de démarrage (45) de chaque dent (42) du pignon (31) comprend un biseautage (55).5. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit pignon (31) est de type fritté.25 6. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit pignon (31) est obtenu par frappe à froid.7. Démarreur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit pignon (31) a subi un traitement par cémentation.8. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble lanceur (29) monté mobile en translation sur un arbre d'entraînement (28).9. Démarreur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il 5 comporte un contacteur (27) apte à actionner un levier de commande pour déplacer ledit ensemble lanceur (29) par rapport à l'arbre d'entraînement (28) entre une première position dans laquelle l'ensemble lanceur (29) entraîne le moteur thermique par l'intermédiaire du pignon d'entrainement (31), et une deuxième position dans laquelle ledit pignon d'entraînement (31) est îo désengagé de la couronne de démarrage du moteur thermique.10. Démarreur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un réducteur de vitesses (30) interposé entre un arbre de rotor (12) d'une machine électrique et ledit arbre d'entraînement (28).11. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 15 caractérisé en ce que, un rapport de conduite (εα) étant égal à une longueur de ligne d'action (LA) divisé par un pas de base (PB), ledit rapport de conduite (εα) est supérieur ou égal à 1,5 et en ce qu'une épaisseur de tête de dent (Sa) est supérieure ou égale à 0,2 fois le module dudit pignon (31) pour au moins 80% des dents (42) dudit pignon (31).1/32/3Niveau de bruit (dB)
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