Le domaine de la présente invention est celui des démarreurs pour véhicule automobile. Un véhicule automobile est équipé d'un démarreur, comprenant au moins un pignon de démarreur. Lors du démarrage du véhicule, ce pignon de démarreur est poussé de façon à être mis en position en contact d'un volant moteur, avant d'être entraîné en rotation, ce qui lui permet à son tour d'entraîner le volant moteur et de démarrer un moteur thermique le véhicule. Sur les véhicules classiques, le démarreur n'est sollicité qu'au démarrage initial du moteur thermique qui équipe le véhicule. Le pignon de démarreur est alors traité en surface de manière à résister au cycle de démarrages correspondant à cette utilisation classique du démarreur. Un tel traitement de surface génère néanmoins une dureté qui, si son épaisseur n'est pas maîtrisée, fragilise les dents et peut provoquer une rupture nette des dents du pignon.

Une évolution de la technologie appelée système « start / stop » équipe les véhicules plus récents. Ce système permet de couper automatiquement le moteur lorsque le véhicule effectue un arrêt, notamment à un feu rouge ou dans un embouteillage, avant de le redémarrer lorsque le véhicule peut avancer. Ce système se traduit par une augmentation de l'utilisation du démarreur, et par conséquent du pignon de ce démarreur. En conséquence et bien que traité en surface, le pignon de démarreur subit une usure prématurée, pouvant à terme provoquer une déformation irrémédiable d'une ou plusieurs dents du pignon, ce qui nécessite le remplacement du démarreur. Le document US 2007/224075 Al divulgue un pignon dont l'épaisseur des flancs des dents est variable le long de la surface des dents.

Une augmentation de l'épaisseur du traitement de surface ne permet pas de résoudre ce problème technique, pour les raisons évoqués plus haut. En effet, une augmentation de l'épaisseur de la couche traitée diminue d'autant la largeur du cœur de la dent, ce qui diminue la résistance du pignon aux chocs, provoquant alors des ruptures inopinées de la pièce.

Un but de la présente invention est de proposer un pignon de démarreur dont les dents ont une solidité accrue, sans diminuer leur résistance au choc et sans modifier la structure et l'agencement du démarreur.

Un objet de la présente invention est un pignon de démarreur mono matière configuré pour mettre en rotation un volant moteur, comprenant une pluralité de dents, au moins une dent comprenant un flanc menant agencé pour entraîner en rotation le volant moteur et un flanc mené opposé au flanc menant par rapport à un cœur de la dent, le flanc mené étant configuré pour être entraîné par le volant moteur, le flanc menant et le flanc mené comprenant chacun une couche de la matière d'une dureté plus élevée que la dureté de la matière constituant le cœur de la dent, l'épaisseur de la couche de la matière durcie du flanc menant et l'épaisseur de la couche de la matière durcie du flanc mené étant non nulles et différentes l'une de l'autre. Une telle différence d'épaisseur est notamment reconnaissable à l'état neuf du pignon de démarreur.

Le flanc menant génère le couple de démarrage qui permet de mettre en rotation le volant moteur, alors que le flanc mené ne génère ni ne subit de couple. Ainsi, le flanc menant, qui subit les efforts, est renforcé par rapport au flanc mené, qui est certes entraîné mais sans effort. Le cœur de la dent conserve ainsi une largeur suffisante pour octroyer une souplesse nécessaire pour éviter la casse nette de la dent.

Le pignon de démarreur ainsi agencé voit sa longévité augmenter considérablement, sans compromettre sa résistance aux chocs ni alourdir sa structure. Cette longévité améliorée permet en retour d'assurer la fiabilité des véhicules en étant équipé et d'en diminuer les besoins de maintenance sans surcoût de fabrication ou d'utilisation.

La couche de la matière d'une dureté plus élevée que la dureté de la matière constituant le cœur de la dent, peut être située vers le centre axialement de la dent. Le pignon de démarreur selon l'invention comprend avantageusement l'une quelconque au moins des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : monomatière signifie ici que la pièce est issue de la même matière et constituée d'un seul bloc de cette matière. En conséquence, il est impossible de séparer l'une des composantes du pignon de démarreur sans nuire à l'intégrité de la pièce,

la matière du pignon de démarreur est une combinaison d'au moins du fer et du carbone, le carbone constituant 0,2% (matériau du cœur) à 0,8% (matériau de la couche de matière durcie) en pourcentage massique de la matière,

à l'état neuf signifie après fabrication et avant les premières utilisations par l'utilisateur final. Le flanc menant étant sollicité plus fortement que le flanc mené pour l'entraînement en rotation du volant moteur, l'usure que le flanc menant est susceptible de subir est plus importante que l'usure que peut subir le flanc mené, l'épaisseur d'une couche de matière durcie se mesure entre un point de la face du flanc considéré et une frontière entre la couche de matière durcie et le cœur de la dent, selon une direction perpendiculaire à un plan tangent au flanc considéré au point choisi. La frontière entre la couche de matière durcie et le cœur de la dent est matérialisée par une teneur en carbone différente, la couche de matière durcie contenant plus de carbone que le cœur de la dent,

l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant est supérieure à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené. En d'autres termes, sur un pignon de démarreur selon l'invention, par exemple à l'état neuf, l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant est notablement supérieure à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené et ne peut être le fruit de tolérance de fabrication ou de transformation,

l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant est 1,5 à 10 fois plus importante que l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené. Notamment, l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant est 3 fois plus importante que l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené, l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant est comprise entre 0.3 et 1,5 millimètre, notamment entre 0.3 et 0.7 millimètre.

l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené est comprise entre 0.05 et 0.5 millimètre, notamment entre 0.05 et 0.2 millimètre.

la couche de matière durcie du flanc menant et la couche de matière durcie du flanc mené sont continues. En d'autres termes, la couche de matière durcie est ininterrompue entre le flanc menant et le flanc mené. La couche de matière durcie s'étend ainsi sur la totalité d'un pourtour de la partie du pignon de démarreur comprenant les dents,

la dent comprend un sommet comprenant une couche de matière durcie, l'épaisseur de la couche de matière durcie du sommet de la dent est strictement supérieure à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené. Dans un mode de réalisation alternatif, l'épaisseur de la couche de matière durcie du sommet de la dent est égale à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant. Le sommet de la dent est la partie de la dent la plus éloignée d'un axe longitudinal traversant le pignon de démarreur en son centre,

l'épaisseur de la couche de matière durcie du sommet de la dent se mesure entre le sommet de la dent et une frontière entre la couche de matière durcie et le cœur de la dent, selon une direction perpendiculaire à un plan tangent au sommet de la dent,

la dureté de la couche de matière durcie du flanc menant est supérieure à la dureté de la couche de matière durcie du flanc mené,

la dureté de la couche de matière durcie du flanc menant est comprise entre 700 et 900 HV,

la dureté de la couche de matière durcie du flanc mené est comprise entre 450 et 700 HV

la dureté de la couche de matière durcie du sommet de la dent est comprise entre 700 et 900 HV

la dureté du cœur de la dent est comprise entre 350 et 500 HV,

la couche de matière durcie est une couche cémentée. La couche cémentée est enrichie en carbone par rapport à la matière du cœur de la dent,

la couche de matière durcie a une structure en martensite. Une structure en martensite se distingue par son agencement en aiguilles. Cette structure en martensite confère aux couches de matière durcie une dureté accrue par rapport à la matière du cœur de la dent, permettant de limiter leur usure,

la matière du cœur a une structure en bainite. Une structure en bainite se distingue par son agencement en lamelles en ferrite comprenant des grains de cémentite, soit à l'intérieur de ces lamelles, soit entre ces lamelles. Cette structure en bainite confère au cœur de la dent une ductilité suffisante pour absorber les chocs subit par le pignon de démarreur sans se rompre.

dans lequel la dent comprend sur une première face d'extrémité, une partie biseautée s'étend d'une partie de la première face d'extrémité à la partie de flanc mené, la partie biseauté comprenant une couche de matière durcie, l'épaisseur de la couche de matière durcie de la partie biseautée de la dent étant supérieure ou égale à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc mené et inférieure ou égale à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant ; Ainsi la première face d'extrémité comprend une face biseauté qui favorise l'engrènement du pignon de démarreur sur le volant moteur. Selon un exemple de cette caractéristique, l'épaisseur de la couche de matière durcie de la partie biseautée de la dent est égale à l'épaisseur de la couche de matière durcie du flanc menant. Cet exemple permet de diminuer l'usure de cette première face d'extrémité qui reçoit des chocs lorsqu'il y a dent contre dent.

L'invention a également trait à un démarreur pour véhicule comprenant un pignon de démarreur tel que décrit ci-dessus.

L'invention porte en outre sur un procédé de traitement de surface d'une pièce à traiter, comprenant au moins une étape de cémentation basse pression, et au moins une étape de masquage partiel de la surface de la pièce à traiter préalablement ou au cours de l'étape de cémentation basse pression. Additionnellement, le procédé de traitement de surface comprend une étape de trempe successive à l'étape de cémentation basse pression. La présente invention couvre également l'utilisation de ce procédé pour la fabrication d'un pignon de démarreur.

L'invention porte également sur un dispositif de traitement de surface d'une pièce à traiter, comprenant au moins un moyen de projection de carbone et au moins un moyen de masquage partiel de la pièce à traiter. Plus particulièrement, le moyen de projection de carbone projette un hydrocarbure gazeux. Alternativement ou additionnellement, le moyen de masquage partiel de la pièce à traiter comprend au moins une perforation agencée pour la circulation limitée du carbone. Alternativement ou additionnellement, le moyen de masquage partiel de la pièce à traiter génère un espacement avec la pièce à traiter, un tel espace ou une telle perforation autorisant une circulation limitée de la projection de carbone sur la pièce à traiter. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un démarreur équipé d'un pignon de démarreur selon l'invention,

la figure 2 est une vue en perspective d'un pignon de démarreur selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe, selon un plan P visible à la figure 2, d'une dent du pignon de démarreur selon l'invention,

la figure 4 est une vue en coupe, selon le plan P illustré à la figure 2, illustrant une étape du procédé permettant d'obtenir un pignon de démarreur selon l'invention.

Il faut tout d'abord noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention, le cas échéant.

Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à un axe longitudinal L traversant en son centre le pignon de démarreur alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe L. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe L, la dénomination intérieure correspondant à la partie la plus proche de l'axe. Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.

En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit un démarreur 1 pour véhicule automobile, agencé en dessous d'un contacteur 2 de démarreur.

Le démarreur 1 et le contacteur 2 sont configurés pour permettre le démarrage d'un moteur thermique d'un véhicule.

Notamment, lorsqu'un utilisateur du véhicule souhaite démarrer le véhicule, le contacteur 2 est activé. Une fourchette 4 du contacteur 2 se déplace en translation, et entraine la translation d'un pignon de démarreur 10 agencé au sein du démarreur 1. La translation du pignon de démarreur 10 amène celui-ci en contact d'un volant moteur 8 du moteur thermique.

Une fois en position, le pignon de démarreur 10 est entraîné en rotation par un arbre du démarreur 6 et agit à son tour sur le volant moteur 8 pour l'entraîner en rotation et lancer le moteur thermique du véhicule. La figure 2 montre un exemple de pignon de démarreur 10 selon l'invention.

Un tel pignon de démarreur 10 a la forme générale d'un tube cylindrique d'extension longitudinale, formé autour d'une lumière 12 comprenant un filet 14. La lumière 12 filetée est agencée pour recevoir l'arbre du démarreur 6 permettant l'entraînement en rotation du pignon de démarreur 10. Notamment, la lumière 12 filetée comprend une pluralité de saignées 16 pouvant accueillir des moyens d'entraînement en rotation du pignon de démarreur 10 ménagé sur l'axe du démarreur 6.

Le tube formant le pignon de démarreur 10 comprend, de manière optionnelle, une partie circulaire lisse 18 ainsi qu'une partie dite partie dentée 20, comprenant au moins une dent 30, et plus particulièrement plusieurs dents 30. La partie circulaire lisse 18 et la partie dentée 20 sont agencées l'une à la suite de l'autre selon l'axe L.

La dent 30 de la partie dentée 20 sont agencées radialement autour de l'axe L du pignon de démarreur 10. La dent 30 s'étend longitudinalement sur une longueur 22 de la partie dentée 20. La longueur 22 de la partie dentée 20 est une dimension mesurée selon l'axe L. La dent 30 comprend une première face d'extrémité 32, qui est commune avec une première face 24 de la partie dentée 20, et une deuxième face d'extrémité 34 opposée à la première face d'extrémité 32 par rapport à la dent 30. La deuxième face 34 est par exemple lisse. La dent 30 présente au niveau de sa première face 32 une partie biseautée 36 qui favorise l'engrènement du pignon de démarreur 10 sur le volant moteur 8.

Les dents 30 du pignon de démarreur 10 sont régulièrement espacées autour de l'axe L de la partie dentée 20. Un espace 31 entre deux dents 30 adjacentes est ménagé de façon à permettre l'insertion du pignon de démarreur 10 dans une roue de démarreur que comprend le volant moteur 8, en vue de son entraînement en rotation.

La dent 30 comprend un sommet 38, qui est la partie de la dent 30 la plus éloignée de l'axe L. Ce sommet 38 se présente sous la forme d'une arête parallèle à l'axe L. La dent 30 comprend un premier flanc, dit flanc menant 40, et un deuxième flanc, dit flanc mené 42. Le flanc mené 42 est opposé au flanc menant 40 par rapport à un cœur 50 de la dent 30. Le cœur 50 de la dent 30 est une partie centrale de la dent 30 qui relie la dent 30 à une partie centrale 29 du pignon de démarreur 10. La partie centrale 29 est la partie du pignon de démarreur agencée autour de la lumière 12 filetée. Le flanc menant 40 est agencé pour permettre Γ entraînement en rotation du volant moteur 8, en transmettant l'énergie cinétique de la rotation du pignon de démarreur 10 au volant moteur 8. Le contact entre le pignon de démarreur 10 et le volant moteur 8 se fait par l'interaction entre le flanc menant 40 de la dent 30 et une dent de la roue de démarreur du volant moteur 8. C'est cette interaction qui provoque l'usure de la dent 30 du pignon de démarreur 10 et qui nécessite donc le renforcement du flanc menant 40.

Le flanc mené 42, bien que ne transmettant pas la rotation du pignon de démarreur 10 au volant moteur 8, subit tout de même les frottements dus à la rotation du volant moteur 8 lorsque le moteur thermique a démarré.

La partie biseautée 36 de la première face d'extrémité 32 de la dent 30 s'étend entre la première face 32 et une partie du flanc mené 42. La partie biseautée 36 est agencée pour faciliter l'insertion du pignon de démarreur 10 sur le volant moteur 8. Plus particulièrement, en cas de non-alignement entre la dent 30 du pignon de démarreur 10 et un espacement entre deux dents du volant moteur 8 conçu pour recevoir la dent 30, la partie biseautée 36 autorise la rotation du pignon de démarreur 10 par rapport au volant moteur 8, de façon à aligner la dent 30 et l'espacement et permettre l'insertion de la dent 30 dans l'espacement.

Dans l'exemple exposé ici, la partie dentée 20 comprend une pluralité de dents 30, toutes les dents 30 étant agencées de façon identique, tant par la forme, par les dimensions et par leur traitement différencié. On comprendra que l'exemple donné ici n'est pas limitatif, d'autres exemples pouvant être envisagés sans trahir l'esprit de l'invention. Notamment, un pignon de démarreur 10 selon un exemple alternatif comprend un nombre différent de dents 30, ou une situation où les dents 30 sont dépourvus de partie biseautée 36.

Pour contrebalancer l'usure causée par les frottements des dents 30 avec le volant moteur 8, le pignon de démarreur 10 est pourvu d'une couche de matière durcie. La figure 3 montre plus particulièrement l'agencement des différentes couches de matière au sein d'une dent 30.

Le pignon de démarreur 10 comprend une couche d'un matière durcie, dites couche durcie. La couche est durcie par rapport à la matière formant le cœur 50 de la dent 30.

La couche de matière durcie s'étend sur une partie de la partie dentée 20 du pignon de démarreur 10. Plus spécifiquement, la couche de matière durcie s'étend sur tout un pourtour 37 du pignon de démarreur. Le pourtour 37 est la partie du pignon de démarreur 10 la plus radialement éloignée de l'axe L.

La couche de matière durcie est continue sur tout le pourtour 37 du pignon de démarreur. Plus particulièrement, la couche de matière a une épaisseur variable en fonction de sa position sur le pourtour 37 du pignon de démarreur 10, mais est ininterrompue sur l'ensemble du pourtour 37 du pignon de démarreur 10. La couche de matière durcie s'étend sur toute la longueur 22 de la partie dentée 20.

Le sommet 38, le flanc menant 40 et le flanc mené 42 comprennent une couche de matière durcie. De même, une zone inter-dent 43, agencée entre un flanc menant 40 d'une première dent 30 et un flanc mené 42 d'une deuxième dent 30 adjacente à la première dent 30, comprend une couche de matière durcie.

Une épaisseur 52 de la couche de matière durcie 44 du flanc menant 40 est de 0,5 millimètre. Une épaisseur 55 de la couche de matière durcie 46 du flanc mené 42 est de 0,1 millimètre. Une épaisseur 52 de la couche de matière durcie 57 du sommet 38 de la dent 30 est de 0,5 millimètre. Ces valeurs des épaisseurs sont données à titre d'exemples, d'autres valeurs pouvant être atteintes tant que l'épaisseur 52 de la couche de matière durcie 44 du flanc menant 40 est supérieure à l'épaisseur 55 de la couche de matière durcie 46 du flanc mené 42.

L'épaisseur 52, 55 de la couche de matière durcie 44, 46 est mesurée entre un point de la face du flanc considéré et une frontière 48 entre la couche de matière durcie et le cœur 50 de la dent 30, selon une direction perpendiculaire à un plan 53 tangent à la paroi externe du flanc considéré, au point choisi.

La couche de matière durcie 44, 46 a par exemple une structure en martensite, c'est- à-dire que la matière est agencée en aiguilles. Cette structure en martensite confère aux couches de matière durcie 44, 46 une dureté accrue par rapport à la matière du cœur 50 de la dent 30, permettant de limiter leur usure,

Le cœur 50 a une structure en bainite, c'est-à-dire que la matière est agencée en lamelles en ferrite comprenant des grains de cémentite, soit à l'intérieur de ces lamelles, soit entre ces lamelles. Cette structure en bainite confère au cœur 50 de la dent 30 une ductilité suffisante pour absorber les chocs subis par le pignon de démarreur 10 sans se rompre.

Bien que les différentes parties du pignon de démarreur 10 aient une structure différente, le pignon de démarreur 10 est monomatière, c'est-à-dire que le pignon de démarreur 10 est fait d'un seul bloc de la même matière. Un exemple de matière utilisée pour le pignon de démarreur 10 est de l'acier 20NiCrMo2-2 (20NCD2)

Les couches de matière durcie 44, 46 et les différentes structures de la matière au sein du pignon de démarreur 10 sont obtenues par un procédé de fabrication d'un pignon de démarreur 10 selon l'invention qui va maintenant être décrit. Le pignon de démarreur 10 est d'abord formé par un procédé de frappe à froid ou par un procédé de compression de poudres. La pièce ainsi obtenue est ensuite traitée par cémentation pour obtenir une couche cémentée sur les flancs et le sommet 38 des dents 30 du pignon de démarreur 10. Plus particulièrement, cette couche cémentée est obtenue par un procédé de cémentation à basse pression.

Au cours de ce procédé de cémentation à basse pression, le pignon de démarreur 10 est placé dans un four sous vide. Le four comprend au moins un moyen de projection de carbone, sous la forme d'hydrocarbures gazeux tels que le propane, l'éthylène ou l'acétylène. Le four comprend également un moyen de masquage 60 illustré à la figure 4 et configuré pour être positionné en regard du ou des flancs menés 42 à traiter. Ce moyen de masquage 60 comprend une pluralité d'espaces, sous la forme de trous débouchants ou de stries débouchantes, agencés pour limiter le contact entre le ou les hydrocarbures gazeux et le flanc mené 42. Ce moyen de masquage 60 est ainsi agencé pour limiter la diffusion du ou des hydrocarbures gazeux dans l'épaisseur 55 du flanc mené 42, de façon à limiter la partie du flanc mené 42 affecté par le traitement, tout en autorisant néanmoins un traitement. De même, pour éviter la diffusion du ou des hydrocarbures gazeux dans le cœur 50 de la dent 30, les parties qui ne doivent pas être traitées sont couvertes par un moyen de masquage additionnel dépourvu d'espace, empêchant ainsi toute diffusion du ou des hydrocarbures gazeux dans une partie autre que le flanc menant 40, le flanc mené 42 ou le sommet 38.

Cette étape de traitement permet d'enrichir en carbone le flanc menant 40, le sommet 38 de la dent 30 et, dans une moindre mesure, le flanc mené 42. Le processus de cémentation se fait à basse pression, c'est-à-dire à une pression comprise entre 5 et 30 bars, et à une température élevée, notamment 850 et 1100 °C.

Le pignon de démarreur 10 traité par cémentation basse pression subit ensuite une trempe. Cette trempe modifie la structure des différentes parties de la pièce en fonction de la concentration en carbone. La méthode de trempe peut être sélectionnée parmi la trempe liquide, la trempe gazeuse ou encore la trempe chimique. D'autres méthodes de trempe plus favorable au résultat souhaité peuvent être employées, sans préjudice de la liste fourni précédemment.

Ainsi, la trempe de la couche traitée riche en carbone lui confère une structure martensitique, le cœur 50 de la dent 30 prenant pour sa part une structure en bainite. Cette structure martensitique confère à la couche de matière durcie 44, 46 par cémentation une plus grande dureté, lui permettant de résister à l'usure, tandis que la structure en bainite du cœur 50 lui confère une dureté moins importante que la couche de matière durcie 44, 46, mais lui permet de conserver une ductilité suffisante pour résister aux chocs et aux torsions que peut subir le pignon de démarreur 10. La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixé et notamment de proposer un pignon de démarreur comprenant une couche de matière durcie plus importante sur le front menant de ses dents que sur le front mené de ses dents.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au dispositif d'aide à la circulation qui vient d'être décrite à titre d'exemple non limitatif, dès lors que l'on met en œuvre un pignon de démarreur comprenant une ou plusieurs dents dont les fronts sont traités inégalement de manière à obtenir une couche de matière durcie plus importante sur le front entraînant le volant moteur.

En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.