LE DEMARREUR Le circuit de démarrage Centre de perfectionnement Codification
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LE DEMARREUR Le circuit de démarrage Centre de perfectionnement FRANCIS MONNOYEUR Codification 277 S Ce document est la propriété de BERGERAT MONNOYEUR TRAVAUX PUBLICS et ne peut être communiqué sans son autorisation. Rédigé par : Roger LECULLIEZ CPFM Vérifié par : Référence document : 277 S Approuvé par : Version : Page : 2 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Sommaire Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 3 Le démarreur, le circuit de démarrage Le démarrage BASES ELECTRIQUES Pour faire démarrer un moteur à combustion interne, il faut, pendant un temps plus ou moins long, imprimer un mouvement de rotation au vilebrequin dans le sens normal de rotation. Le démarreur doit vaincre des résistances dues ; - au collage des pièces mécanique par l'huile, l'effort est d'autant plus important que l'huile est visqueuse et que la température est basse. - à l'inertie des masses en mouvement, celle de l'équipage mobile du moteur mais également tous les accessoires et équipements liés au moteur, ventilateur, pompes hydrauliques et éléments de la chaîne cinématique de transmission. ème - aux efforts consécutifs à la compression, 2 temps moteur. Le processus de démarrage commence alors à une vitesse relativement faible. Durant le lancement, la résistance au démarrage diminue. Les premières combustions, faibles et irrégulières se manifestent et provoque par échauffement une réduction progressive de la résistance au frottement. Le démarreur continue à faire tourner le moteur, il soutient ses impulsions de démarrage jusqu'à ce qu'il tourne par ces propres moyens. Exemple des moteurs 3408 / 3412, l'électronique interrompt le fonctionnement du démarreur lorsque le moteur atteint un régime de 300 tr/mn. Pour que le lancement du moteur thermique s'effectue dans de bonnes conditions, il est important que le démarreur dispose d'un couple moteur important et d'une vitesse de rotation élevée. L'énergie nécessaire au lancement du moteur thermique est prélevée dans les batteries, il est donc important que les batteries soient correctement chargées. Lorsque la résistance opposée par le moteur thermique est grande, le couple à fournir est élevé, le démarreur demande une forte intensité. Simultanément, la tension de la batterie baisse. La remise à niveau de la tension de la batterie est effectuée par le circuit de charge. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 4 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le mode d'entraînement Pour obtenir le couple de lancement requis avec un démarreur et une batterie de dimension pratiquement acceptable, le démarreur est équipé d'une petite roue dentée, le pignon, qui attaque une couronne dentée rapportée sur le volant du moteur. Pour faciliter l'engrènement, la face avant des dents du pignon est chanfreinée et généralement les dents de la couronne sont également chanfreinées. En raison des rapports de démultiplication élevée, allant de 1/8 à 1/20, le pignon ne peut être laissé constamment en prise avec la couronne dentée du moteur. Avec l'élévation de la vitesse du moteur, le pignon entraînerait l'arbre du démarreur à une vitesse de rotation telle que la destruction du démarreur serait certaine. Au début du lancement, le pignon doit engrener franchement dans la couronne dentée du volant moteur. Dés que le moteur thermique démarre et prend de la vitesse, le pignon doit désengrener de lui-même. La liaison mécanique entre l'arbre du démarreur et le volant du moteur doit s'interrompre automatiquement. C'est pourquoi les démarreurs sont équipés d'un dispositif de lancement équipé en général d'un embrayage à déclenchement automatique. L'embrayage est souvent réalisé par un dispositif de roue libre. Pour satisfaire ces exigences, le démarreur se compose généralement de ; - un moteur électrique à courant continu, - un pignon avec un dispositif de lancement, - un dispositif de roue libre. De plus l'installation doit comporter un interrupteur de démarrage et en général d'un relais pour la commande du démarreur. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 6 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Rappels électromagnétismes Dans un moteur électrique, la puissance électrique (tension X intensité) est transformée en puissance mécanique (vitesse de rotation X couple). Le fonctionnement du moteur repose sur une application de l'électromagnétisme. Le passage d'un courant dans un conducteur installe un champ magnétique autour de celui-ci. Un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique est soumis à une force d'attraction ou de répulsion suivant les polarités qui se font face. Les lignes de forces magnétiques se dirigent d'un pôle à l'autre (d'un épanouissement polaire à l'autre épanouissement polaire). Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 8 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Rappels électromagnétismes, suite Le conducteur à la forme d'une boucle, elle tourne sur un axe situé entre les masses polaire. La valeur de cette force est proportionnelle à la puissance du champ magnétique dans lequel baigne le conducteur et à l'intensité du courant qui circule dans le conducteur. La force magnétique agit tangentiellement sur les deux côtés de la boucle conductrice, c'est à dire par rapport au bras de levier ou rayon de la boucle. La force magnétique est maximale lorsque les lignes de force du champ magnétique et la boucle conductrice sont parallèles. Le système ne peut créer un mouvement de rotation continu, le conducteur se cale dans une position d'équilibre entre les pôles. Pour une position moyenne entre les deux épanouissements polaires, le couple est nul, cette position est désignée ligne neutre. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 10 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du moteur électrique Si le courant est inversé dans le conducteur lorsqu'il se trouve à mi-chemin entre les deux épanouissements polaires, le couple produit est toujours dans le même sens. Après une demi rotation, le conducteur est soumis à un couple de même intensité mais la direction est inversée. Un tel système permet d'obtenir un mouvement de rotation continu. L'inversion du sens de circulation du courant dans le conducteur est obtenue par un commutateur réalisé par deux demi bagues isolées l'une de l'autre et reliée chacune à une extrémité du conducteur. Deux pièces mécaniques, les balais, frottent sur les demi bagues pour assurer l'alimentation électrique. Un tel système très simple a un fonctionnement irrégulier de par la variation de la distance entre le conducteur et les masses polaires. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 12 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du moteur électrique Le fonctionnement régulier est obtenu en multipliant le nombre de conducteurs. Plusieurs boucles sont réparties uniformément autour de l'arbre. Le collecteur est divisé en autant d'éléments qu'il y a d'extrémités de boucle. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 14 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du moteur électrique Le champ magnétique est installé entre les masses polaires solidaires de la carcasse, les inducteurs. Des masses polaires à aimantation permanente ne permettent pas une force magnétique importante et durable dans le temps. Dans la pratique, les masses polaires sont réalisées en acier doux qui ne conserve pas de magnétisme rémanent. Le champ magnétique est réalisé par le passage d'un courant qui circule dans un bobinage enroulé autour des masses polaires. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 16 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du moteur électrique Le câblage des inducteurs et de l'induit est généralement réalisé en série, ce branchement permet un fonctionnement qui permet un couple maximum lorsque le moteur électrique est en phase de démarrage ou de calage. Par contre le branchement série ne permet pas une autorégulation du régime du moteur, celui-ci monte en tours au fur et à mesure que la résistance à la rotation diminue. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 18 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du moteur électrique Pour augmenter la puissance du moteur, la carcasse comporte deux paires de masse polaire câblées en série, soit deux pôles nord et deux pôles sud. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 20 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Réalisation pratique d'un démarreur Démarreur de petite puissance, illustration d'origine Renault Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 22 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Réalisation pratique d'un démarreur Illustration d'origine Bosch Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 23 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du démarreur La mise en service du moteur électrique est assurée par le solénoïde qui assure plusieurs fonctions : - Il fait avancer et reculer l'ensemble pignon d'entraînement son système de protection. Le mouvement du noyau agit sur une fourchette articulée en liaison avec le pignon - Il assure la fermeture d'un contact électrique de puissance pour alimenter le moteur. En position de repos, le ressort rappel le noyau, le pignon en retrait de la couronne et le contact de puissance ouvert. Remarque La position de la fourchette est souvent réglable par vis et contre écrou en bout de noyau ou par rotation de l'axe d'articulation excentré. Le réglage est réalisé par la mesure d'un espace entre le bout du pignon et le carter, le pignon doit être en position de travail (solénoïde alimenté). Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 24 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du démarreur Le noyau doit être soumis à une force magnétique importante pour quitter sa position de repos alors qu'une force réduite permet de le maintenir en position de travail. Pour éviter d'installer un gros bobinage qui serait en service permanent le temps du lancement du moteur, les constructeurs utilisent deux bobinages, un enroulement d'attraction et un enroulement de maintien. L'un des bobinages s'arrête de fonctionner lorsque le noyau est en position de travail L'enroulement d'attraction est alimenté par le circuit de commande et est connecté sur la borne de l'inducteur du contact de puissance. L'enroulement de maintien est alimenté par le circuit de commande et est connecté sur une masse. L'ensemble des deux enroulements, du noyau et du contact de puissance est couramment appelé le solénoïde. Fermeture du contacteur de commande. La fermeture du contact de commande alimente les deux enroulements qui cumulent leurs forces magnétiques pour déplacer le noyau. Le courant qui circule dans l'enroulement de maintien trouve sa masse sur la carcasse du démarreur. Le courant qui circule à travers l'enroulement d'attraction trouve sa masse dans les enroulements du moteur électrique. Cette circulation commence à installer les forces magnétiques dans le moteur sans avoir la puissance pour le faire fonctionner. La fermeture du contact de puissance ramène un plus batterie à l'extrémité de l'enroulement d'attraction. Cet enroulement est alimenté en plus batterie à ces deux extrémités, la différence de potentiel entre ces bornes devient nulle, il n'a plus d'action. L'enroulement de maintien continue seul à tenir le noyau en place. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 26 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du démarreur Engagement du lanceur, lancement du moteur Diesel. Le pignon d'entraînement est en place dans la couronne du volant du moteur thermique. Le contacteur de puissance est fermé, la batterie est connectée aux bornes du moteur électrique Le circuit de faible résistance permet le passage d'une forte intensité. Le moteur électrique fonctionne à pleine puissance. La roue libre évite l'entraînement du pignon de lancement lorsque le volant moteur tourne rapidement. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 28 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le fonctionnement du démarreur Ouverture du contact de commande A l'instant précis où le contact de commande est ouvert, le contact de puissance est encore fermé. Les deux enroulements du solénoïde ne sont plus alimentés par le contact de commande par contre ils sont alimentés en série par la borne du contact de puissance. Les flux magnétiques produits par les enroulements s'opposent et s'annulent. Il n'y a plus d'action magnétique, le ressort rappelle le noyau en position de repos, la fourchette ramène le pignon. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 30 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le démarreur à transfert intégré Les moteurs Diesel modernes ont des taux de compression élevé et nécessitent donc un couple important pour entraîner le volant en rotation. Ce couple moteur important peut être obtenu par un gros démarreur ou par rapport d'engrenage pignon de lancement / couronne important. Une couronne de démarrage de grand diamètre permet d'obtenir un couple moteur important pour vaincre les efforts résistants. Cependant les constructeurs de moteurs ne peuvent pas installer de volant de grand diamètre pour des raisons d'encombrement et de masse tournante. L'évolution de la technologie des moteurs électriques permet d'obtenir un couple important sous un faible volume. Le couple élevé de sortie est obtenu par l'utilisation d'un transfert de pignon installé dans le carter du démarreur. La réduction de vitesse et par conséquence l'augmentation du couple permet l'utilisation d'un moteur électrique relativement petit. L'ensemble permet la réalisation d'un démarreur de faible volume. Le fonctionnement de l'ensemble solénoïde reste identique à celui du démarreur classique. Remarque Il existe également des démarreurs équipés d'un réducteur à train planétaire installé entre l'induit et le dispositif de lancement. Ce type de démarreur n'est pas utilisé sur le matériel Caterpillar Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 32 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le circuit électrique de commande Circuit simplifié Les bobinages du solénoïde ne peuvent être alimentés en direct par le contacteur à clé. L'intensité importante nécessaire pour assurer l'attraction du noyau provoquerait la destruction rapide du contacteur. La clé de contact / démarrage alimente un relais de commande (relais de démarrage) qui alimente à son tour le solénoïde du démarreur. Le contact de puissance du relais de démarrage supporte facilement le courant d'excitation des bobines du solénoïde du démarreur Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 34 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le circuit électrique de commande Circuit complet Le circuit électrique comprend des protections. Le contacteur à clé est protégé par un disjoncteur thermique, un breaker. Dans l'illustration de la page droite, le circuit de puissance du relais de démarrage est protégé par le breaker de l'alternateur Dans certains cas, le circuit de démarrage est protégé par un disjoncteur thermique spécifique. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 36 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le circuit électrique de commande Circuit complet, mise sous tension du circuit général Le contacteur à clé alimente le relais principal et le circuit de commande de l'aide au démarrage. Le circuit de puissance du relais principal est protégé par le breaker principal. Le relais alimente les boîtes à fusibles qui elles-mêmes alimentent les différents sous circuits. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 38 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le circuit électrique de commande Lancement du moteur Diesel Le contacteur à clé active le relais de démarrage qui alimente le solénoïde du démarreur. Le contacteur à clé continue d'alimenter le circuit de l'aide au démarrage. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 40 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Les sécurités de démarrages Le démarrage du moteur est généralement sécurisé pour ne pas mettre un équipement ou une transmission en service involontairement lorsque la commande n'est pas en position de repos. Suivant le type de machine, la sécurité de démarrage est engagée à partir de la commande ; - sécurité de pilotage - levier de vitesse - frein de stationnement La sécurité est réalisée par l'installation d'un (ou de plusieurs) contacteur installé en série sur la ligne d'alimentation du relais de démarrage Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 42 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le connecteur de contrôle Une grande partie des machines Caterpillar est équipée d'un connecteur prévu pour raccorder l'outillage de contrôle des circuits de charge et de démarrage 6V2150. Cet outillage est rarement utilisé mais le connecteur permet d'effectuer des mesures au multimètre sans démontage de tôlerie. Le connecteur est souvent situé à proximité du coffret de fusible. Chacune des bornes est raccordée à un point caractéristique du circuit de charge et de démarrage, le câblage est identique sur toutes les machines. L'utilisation de cordons avec des pointes fines permet d'effectuer toutes les mesures à partir du même endroit. La démarche est identique sur les circuits de démarrage utilisant un boîtier électronique, voit page suivante. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 44 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Le circuit électrique de commande Evolution du circuit électrique de commande du démarreur. La commande du démarreur est effectuée par le module électronique de transmission. Le module électronique perçoit l'action sur le contacteur à clé, position démarrage et vérifie que certaines conditions sont correctes pour provoquer la mise en service du démarreur. Conditions pour effectuer le démarrage du moteur Diesel ; - Générale sur toutes les machines - circuit général sous tension - action avec la clé de contact sur la position démarrage - tension batterie correcte, inférieure à 36 volts - levier de vitesse sur la position neutre - Particularité sur certaines machines - commande de frein de stationnement en position freinée (tombereau articulé, tracteur sur chaînes) - commande d'équipement sécurisé (pelles hydrauliques sur pneus) - levier de levage de la benne en position tenue (tombereaux articulés) - cycle de pré-lubrification effectué (tombereau rigide) - commande joystick d'équipement en position repos (décapeuses automotrices de la série G) Lorsque toutes les conditions sont requises, le module électronique alimente le relais de commande du démarreur. Le module supprime le courant de commande lorsque le moteur diesel atteint 300 tr/mn. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 46 Schéma du module électronique de transmission de tombereau rigide 769D 5SS BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Contrôle du circuit de démarrage Le fonctionnement du démarreur est lié à l'état de charge de la batterie. Une batterie chargée en dessous des ¾ de sa capacité n'est pas en mesure d'assurer un fonctionnement correct du démarreur, il convient donc de résoudre le problème batterie avant de continuer le diagnostic sur le système de démarrage. Un mauvais fonctionnement du démarreur peut se concrétiser de plusieurs façons; - rien ne se passe, - le démarreur ne tourne pas mais un bruit indique un mouvement dans le solénoïde, - le démarreur fonctionne mais le moteur thermique ne tourne pas, - le démarreur entraîne le moteur thermique lentement et de façon irrégulière, - le moteur thermique démarre mais le lanceur du démarreur reste en prise dans la couronne. Chacun de ces symptômes implique une recherche de pane particulière. Rien ne se passe Les solénoïdes sont alimentés mais le démarreur ne fonctionne pas. Attention, un contrôle au multimètre peut indiquer la présence d'une tension normale mais une grande résistance du circuit de commande peut limiter l'intensité disponible pour faire fonctionner les solénoïdes. L'utilisation d'une lampe témoin de forte puissance est recommandée pour effectuer le contrôle du circuit de commande Si l'alimentation des solénoïdes est correcte procéder à un contrôle interne du démarreur. Avant la dépose vérifier éventuellement les connections des bobines du solénoïde si elles sont externes, alimentation et masse. Si un bouchon en bout de la commande de la fourchette existe, avec le circuit de commande en action, engager manuellement le lanceur dans la couronne. - la démarreur fonctionne, l'enroulement d'attraction ou son câblage est défectueux. - le démarreur ne fonctionne pas, déposer le démarreur pour un contrôle interne. Le solénoïde n'est pas alimenté. La panne est sur le circuit de commande Effectuer un shunt avec un fil de section suffisante entre un plus batterie fiable et la borne d'alimentation du solénoïde. Le démarreur fonctionne, rechercher la panne méthodiquement dans le circuit de commande en remontant le circuit à partir de la borne du solénoïde vers le relais puis le contacteur à clé ou la protection du circuit de puissance du relais de démarrage. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 49 Le démarreur ne tourne pas mais un bruit indique un mouvement dans le solénoïde Le démarreur fait un bruit de mitraillage - l'enroulement de maintient ou son câblage est défectueux. Le lanceur s'engage normalement dans la couronne mais le moteur électrique du démarreur ne tourne pas ou pas normalement. Avant la dépose vérifier éventuellement; - les connections sur les bornes de puissance du solénoïde. - la mise à la masse du démarreur si celle-ci est externe au démarreur. Le lanceur s'engage dans la couronne, le moteur électrique du démarreur fonctionne mais ne fait pas tourner le moteur thermique normalement. Le lanceur n'est pas capable de transmettre le couple nécessaire à l'entraînement du volant moteur. Le démarreur est à déposer pour effectuer un reconditionnement du lanceur (et une révision générale) Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 50 BASES ELECTRIQUES Le démarreur, le circuit de démarrage Notes personnelles Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur 277 S 51
