Le démarreur - Académie de Nancy-Metz

1ère S.T.I. gmb
Systèmes motorisés
Productique
Le démarreur
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1 JUSTIFICATION DU BESOIN D’UN SYSTEME DE DEMARRAGE
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 :
Conditions préalables au démarrage du moteur:
Moteur à essence
Moteur diesel
Conditions préalables pour le démarreur:
Démarreur
Compression
Formation du mélange
air / carburant
inflammable
Couple initial
Injection
Compression
Température d’autoallumage du mélange
air/carburant
Allumage commandé
Auto allumage
Vitesse minimale de
démarrage
Fonctionnement
autonome du moteur
Energie électrique
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Ordre de grandeur des vitesses de démarrage pour différents types de moteurs :
Types de moteurs
Moteurs à essence
Moteurs
Sans système de préchauffage
diesel à
préchambre
ou à chambre Avec système de préchauffage
de turbulence
Moteurs
diesel à
injection
directe
Vitesse de démarrage à –20°C en tr/mn
60 à 90
100 à 200
60 à 100
Sans système de préchauffage
80 à 200
Avec système de préchauffage
60 à 140
La mise en rotation du moteur thermique est assurée par :
 un moteur électrique à courant continu chargé de fournir le couple et la fréquence de
rotation.
 un engrenage chargé de transmettre le couple et la fréquence de rotation au moteur.
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2 ETUDE FONCTIONNELLE DU SYSTEME DE DEMARRAGE
2.1 REPRESENTATION S.A.D.T. ACTIGRAMME A-0.
Commande M/A conducteur
Régime de rotation moteur
Energie électrique :
BT
Stockée
Puissance (U,I)
Couple résistant moteur
Entraîner le moteur thermique
à une vitesse de rotation
suffisante pour permettre un
fonctionnement autonome. A-0
Système de démarrage
3 ETUDE DU DEMARREUR :
3.1 CONSTITUANTS DU DEMARREUR
Bruit
Energie calorifique
Energie mécanique :
Puissance (C,w)
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3.2 FONCTIONS A ASSURER PAR LE DEMARREUR :
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
3.3 RAPPEL SUR LE MOTEUR A 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).
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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
d
F
Mto = 2Fd
B
N
S
o
F
3.4 SCHEMA FONCTIONNEL DU DEMARREUR
Contact de
démarrage
+ Solénoïde
Solénoïde
Ressort
dent/dent
Contacteur
de démarreur
Ressort
de rappel
Bobine de
maintien
Bobine
d’appel
+ Batterie
Noyau
+ Moteur
Moteur
Fourchette
Pignon
Balais positif
Frein d’induit
M
Roue
libre
Induit
Inducteur
Inducteur
Balais négatif
Batterie
Couronne de
démarrage
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3.5 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.
3.5.1 PHASE 1 ENGAGEMENT DU PIGNON SUR LA COURONNE MOTEUR.
Contact de
démarrage
+ Solénoïde
Ressort
de rappel
Solénoïde
Contacteur
de démarreur
Ressort
dent/dent
Bobine de
maintien
Bobine
d’appel
+ Batterie
Noyau
+ Moteur
Moteur
Fourchette
Balais positif
Pignon
Frein d’induit
M
Roue
libre
Induit
Inducteur
Inducteur
Balais négatif
Batterie
Couronne de
démarrage
Représentation de l’état électrique des enroulements
+
batterie
E maintien
C
E appel
Cm
Im
Ia
+
inducteur
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 ».
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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.
3.5.2 PHASE 2 ENTRAINEMENT DU MOTEUR THERMIQUE
Contact de
démarrage
+ Solénoïde
Ressort
de rappel
Solénoïde
Contacteur
de démarreur
Ressort
dent/dent
Bobine de
maintien
Bobine
d’appel
+ Batterie
Noyau
+ Moteur
Moteur
Fourchette
Pignon
Balais positif
Frein d’induit
M
Roue
libre
Induit
Inducteur
Inducteur
Balais négatif
Batterie
Couronne de
démarrage
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Représentation de l’état électrique des enroulements
+
batterie
E maintien
C
E appel
Cm
Im
+
inducteur
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 :
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3.5.3 PHASE3 COUPURE DU CONTACT
Contact de
démarrage
+ Solénoïde
Solénoïde
Ressort
dent/dent
Contacteur
de démarreur
Ressort
de rappel
Bobine
d’appel
Bobine de
maintien
+ Batterie
Noyau
+ Moteur
Moteur
Fourchette
Balais positif
Pignon
Frein d’induit
M
Roue
libre
Induit
Inducteur
Inducteur
Balais négatif
Batterie
Couronne de
démarrage
Représentation de l’état électrique des enroulements
+
batterie
E maintien
C
E appel
Cm
Im
Ia
+
inducteur
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.
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4 GRANDEURS CARACTERISTIQUES :
4.1 INTENSITE :
Démarreur
classique
Démarreur à
réducteur
447 A
328 A
-15°c
7s
5s
-20°c
30 s
15 s
Intensité moyenne
Temps de
démarrage à :
4.2 VITESSE, COUPLE, PUISSANCE ET TENSION EN FONCTION DE L’INTENSITE :
Voir courbes p53
du bouquin ETAI
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5 CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT ET DE FABRICATION :
5.1 CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT :
Le démarreur doit :
 Etre disponible en permanence
 Offrir une puissance de démarrage suffisante pour des températures très variable
5.2 CONTRAINTES DE FABRICATION :
 Le démarreur subit d’importantes vibrations imposées par le moteur thermique. Ses
organes mobiles (noyau mobile du contacteur, fourchette, lanceur et induit) doivent être
freinés pour éviter une usure prématurée
 Résister à la corrosion due à l’humidité et aux sels d’épandage
 Poids réduit et encombrement favorable au montage
 Fiabilité importante et service sans maintenance
6 DIFFERENTS TYPES DE DEMARREURS :
Insérer photo des différents
types de démarreurs
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