Le démarreur

Le démarreur

Justification du besoin d’un système de démarrage

Les moteurs à combustion doivent être démarrés au moyen d’un dispositif indépendant car ils ne sont pas en mesure de se mettre en marche par leur propre énergie, comme c’est le cas pour les moteurs électriques et les machines à vapeur.

Des résistances considérables doivent être vaincues. Elles sont dues :

1.      Au frottement des pistons

2.      Aux compressions

3.      Au frottement des paliers

Les paramètres influants sur ces causes de résistances sont :

1.      La construction (Nbre de pistons…)

2.      Le lubrifiant

3.      La température

Le fonctionnement autonome du moteur ne peut avoir lieu que si plusieurs conditions préalables au démarrage sont remplies :

Ordre de grandeur des vitesses de démarrage pour différents types de moteurs :

Types de moteurs		Vitesse de démarrage à –20°C en tr/mn
Moteurs à essence		60 à 90
Moteurs diesel à préchambre ou à chambre de turbulence	Sans système de préchauffage	100 à 200
	Avec système de préchauffage	60 à 100
Moteurs diesel à injection directe	Sans système de préchauffage	80 à 200
	Avec système de préchauffage	60 à 140

La mise en rotation du moteur thermique est assurée par :

Ø  un moteur électrique à courant continu chargé de fournir le couple et la fréquence de rotation.

Ø  un engrenage chargé de transmettre le couple et la fréquence de rotation au moteur.

Etude fonctionnelle du système de démarrage

Représentation S.A.D.T. actigramme A-0.

 

 
Etude du démarreur :
Constituants du démarreur

Fonctions à assurer par le démarreur :

Fonctions du démarreur	Constituant qui assure la fonction
Réaliser l’accouplement mécanique de l’arbre du démarreur avec l’arbre du moteur et fermer le circuit de puissance électrique.	Relais électromagnétique et fourchette
Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique.	Moteur électrique
Transmettre et adapter le couple au volant moteur et protéger le démarreur après le démarrage du moteur.	Lanceur et couronne moteur

Rappel sur le moteur à courant continu

Lorsqu'on fait passer un courant dans l'induit d'un moteur CC, un couple se crée par réaction magnétique et l'induit tourne. La rotation de l'induit produit une tension dans ses enroulements. Cette tension induite, de signe contraire à celle appliquée à l'induit, s'appelle tension à l'état bloqué ou force contre-électromotrice (fcem). Lorsque le moteur tourne plus rapidement, la force contre-électromotrice augmente, jusqu'à être pratiquement égale à la tension appliquée. Le courant reste alors faible, et la vitesse du moteur demeurera constante tant que celui-ci n'exécutera aucun travail mécanique, à l'exception de celui fourni pour faire tourner l'induit. Si le moteur est soumis à une contrainte mécanique, l'induit tournera alors plus lentement, ce qui réduira la fcem. On pourra par conséquent appliquer à l'induit un courant plus élevé. Le moteur pourra donc recevoir une plus grande puissance électrique de sa source d'alimentation, et effectuer un travail mécanique plus important.

Sous deux électro-aimants, dont l’un est fixe (inducteur ) et l’autre mobile (induit) .Les extrémités de l’enroulement de l’induit sont reliées à deux ½ bagues (collecteur), en contact avec les balais dont la polarité ne varie pas. Grâce au collecteur, le courant change de sens tous les 180°, ce qui a pour effet d’inverser les pôles de l’électro-aimant mobile, alors que les pôles du bobinage fixes ne change pas.

L’induit se met à tourner du fait que les deux pôles de même nom se repoussent et que deux pôles de nom contraire s’attirent.

La régularité de la rotation est obtenue par la multiplication des bobines de l’induit. Elle peut encore être améliorée par la multiplication du nombre d’éléments inducteurs (bobines inductrices ou aimants permanents).

 

Principe relatif à la création du moment :

Le moment est issu du travail de la force électromagnétique, développé dans un conducteur électrique, soumis à un champ magnétique et traversé par un courant.

La force électromagnétique est définie par la loi de Laplace : F = I´B´L´sin â

Schéma fonctionnel du démarreur

 

Phases de fonctionnement :


A l’arrêt le contact de démarrage est ouvert et aucun courant ne circule.
L’induit du moteur est maintenu en position grâce au ressort frein d’induit. Le noyau du solénoïde est immobilisé par le ressort de rappel.

Phase 1 Engagement du pignon sur la couronne moteur.

Représentation de l’état électrique des enroulements

 

A la fermeture du contact de démarrage un courant Ia parcours l’enroulement d’appel et un courant Im parcoure celui de maintien. Les effets électromagnétiques de ces deux enroulements s’additionnent et entraînent le déplacement du noyau mobile en comprimant les ressorts de rappel et de frein.
Par l’intermédiaire de la fourchette, le lanceur (pignon + roue libre) se déplace vers la couronne de démarrage.

La liaison entre l’axe de l’induit et le lanceur est une liaison «glissière hélicoïdale ».


1er cas engagement direct.
Au cours de son déplacement sur la rampe hélicoïdale de l’induit, le lanceur tourne légèrement ce qui facilite l’engrènement du pignon avec la couronne de démarrage.
Dans son déplacement le noyau mobile pousse la palette contact en comprimant le ressort jusqu’à ce qu’elle vienne en appui sur les deux bornes du contacteur et ferme ainsi le circuit de puissance.
2ième cas engagement dent contre dent
Lorsqu’une dent de pignon butte contre une dent de couronne, le lanceur ne peut plus avancer.
Le noyau mobile continu son mouvement vers les contacts en comprimant le ressort dent/dent. Dés que le circuit de puissance est fermé l’induit entre en rotation et les dents du pignon s’engagent dans celles de la couronne. Le ressort dent/dent se détend.

Rq : la fréquence du cas dent contre dent est limitée par la réalisation de chanfreins en bout des dents du pignon et de la couronne.


Phase 2 Entraînement du moteur thermique

Représentation de l’état électrique des enroulements 

A la fermeture du circuit de puissance la différence de potentiel aux bornes de l’enroulement d’appel est nulle (donc Ia = 0). Les effets du champ magnétique créé par l’enroulement de maintien suffisent à maintenir le noyau et le lanceur en position travail.

Les inducteurs sont parcourus par un courant de forte intensité. L’induit entraîne en rotation la couronne par l’intermédiaire du lanceur.

Le moteur ayant démarré, le pignon est entraîné beaucoup plus vite que l’induit. La roue libre entre en action et protège l’induit des survitesses en autorisant une fréquence de rotation différente entre le pignon et l’axe de l’induit. (Principe de la roue libre du vélo)

 

La roue libre :

Phase3 Coupure du contact

Représentation de l’état électrique des enroulements

 

 

Lorsque la clé est lâchée, la palette ferme encore le circuit de puissance. Les enroulements d’appel et de maintien sont alors alimentés en série, mais les champs magnétiques sont en opposition. Le ressort de rappel ramène en position repos l’ensemble noyau fourchette lanceur. La palette est repoussée et coupe  l’alimentation des inducteurs, le moteur ne tourne plus.