Brevet FR2700585A1 — publié le 19940722

L L'invention concerne un démarreur possédant un dispositif électrique de protection contre l'endommage- ment par une répétition rapide du démarrage, pour un moteur thermique, comprenant un interrupteur de démar- 5 rage pour déclencher un démarrage, au cours duquel, au moyen d'un relais d'embrayage, un pignon est avancé sur l'arbre d'induit d'un moteur électrique de démarrage et amené à engrener dans une couronne dentée du moteur thermique, une armature d'embrayage du relais d'em-10 brayage fermant en dernier un pont de contact pour l'alimentation électrique principale du moteur de démarrage, démarreur dont le dispositif de protection, après une tentative de démarrage interrompue, donc lorsque l'interrupteur de démarrage est ouvert et15 l'alimentation principale du moteur de démarrage est interrompue, est alimenté par une tension induite par la rotation de l'arbre d'induit du moteur de démarrage, continuant à tourner par inertie. Les moteurs thermiques, en particulier ceux des véhicules automobiles, doivent être mis en marche par un démarreur, parce qu'ils ne peuvent pas commencer à fonctionner par leur propre force comme les moteurs électriques Le démarreur doit faire tourner le moteur thermique à une vitesse minimale de démarrage et le soutenir dans sa rotation, après les premiers allumages, au cours de l'accélération à la vitesse minimale de fonctionnement autonome Dans cette opération, le démarreur doit vaincre les résistances considérables dues à la compression, au frottement des pistons et au30 frottement des paliers Comme démarreurs, on utilise de préférence des moteurs électriques à courant continu de type "série" parce qu'ils sont capables de développer le couple initial requis Le couple est transmis au vile- brequin du moteur thermique par l'intermédiaire d'un35 pignon et d'une couronne dentée sur le volant du moteur thermique Dès que celui-ci part et s'accélère par sa propre force au- delà de la vitesse de rotation de démarrage, la liaison entre l'arbre du démarreur et le vilebrequin doit être supprimée automatiquement, pour protéger le démarreur, et le pignon doit être désen- 5 grené Le démarreur est muni à cet effet d'une roue libre et d'un mécanisme d'engrenage et de rappel. La forte sollicitation du démarreur lors de l'engrenage du pignon dans la couronne dentée provoque des dommages sur la couronne en cas de fausse manoeuvre.10 Deux fausses manoeuvres possibles sont à distinguer comme causes d'un tel endommagement. une première cause est la répétition ou le renou- vellement rapide du démarrage après un démarrage manqué: par suite d'une répétition rapide du démarrage à la suite15 d'une tentative de démarrage non réussie, le pignon, conti- nuant à tourner par inertie, vient heurter la couronne de démarreur déjà immobilisée et ne peut donc pas engrener avec elle Il en résulte une abraison mécanique des dents avec un aspect typique de l'endommagement de la couronne dentée.20 L'abrasion est visible aux deux positions d'arrêt par oscil- lation libre dans le cas d'un moteur à quatre cylindres et aux trois positions d'arrêt par oscillation libre dans le cas d'un moteur à six cylindres. La seconde cause est une répétition du démar- rage alors que le moteur tourne déjà: si le conducteur ne s'est pas aperçu que le moteur est parti et s'il tente un nouveau démarrage, le pignon heurte la couronne dentée tournante et ne peut pas non plus venir en prise avec elle L'endommagement qui en résulte a un aspect30 aussi typique, mais l'abrasion est répartie dans ce cas sur rout le pourtour de la couronne dentée. On connaît un démarreur avec un dispositif de protection (périodique allemand: BOSCH, Technische Unterrichtung: Startanlagen, 1984, en particulier pages35 9 et 32) sur lequel un relais de blocage de départ empêche la mise en marche du moteur de démarrage quand le moteur thermique marche ou tourne sur son erre à la suite d'un démarrage raté Un nouveau démarrage est seulement possible après la fin d'un temps de blocage intégré Ce relais de blocage de départ agit en fonction 5 de la tension d'un générateur de courant électrique ou d'un capteur de vitesse de rotation. Par la demande de brevet allemand DE-OS 2 208 045, on connaît un autre dispositif de protection, dans lequel est exploitée en plus une tension produitepar larotation de10 l'arbre d'induit du moteur de démarrage Cette tension peut être générée, par induction, sous l'effet de la rotation de l'arbre d'induit, dans un enroulement auxiliaire par exemple ou, s'il s'agit d'un moteur à courant continu de type "série", dans l'enroulement15 d'excitation La tension croît avec la vitesse de rotation de l'arbre d'induit et est appliquée à l'entrée d'un interrupteur à seuil qui arrête le moteur de démarrage quand le moteur thermique atteint la vitesse minimale de fonctionnement autonome Afin d'empêcher, à20 la suite d'un démarrage raté, que le pignon soit engrené dans la couronne dentée alors que le moteur de démarrage tourne encore par inertie, on a prévu un temps de blocage, comme celui produit par le relais de blocage de départ mentionné précédemment, qui est fixé par un25 condensateur et au cours duquel une tentative de démar- rage est ignorée. Les deux dispositifs de protection sont capables d'empêcher les endommagements de la couronne dentée et du pignon provoqués par les deux fausses30 manoeuvres qui viennent d'être expliquées Toutefois, ces dispositifs de protection sont de structure complexe et coûteuse en raison du grand nombre de relais et de composants utilisés Comme ils sont réalisés sous la forme d'un module particulier, séparé du moteur de35 démarrage, ils demandent en plus une dépense accrue de câblage, avec des connexions supplémentaires depuis le générateur ou le capteur de vitesse de rotation et, éventuellement, à partir d'un enroulement auxiliaire dans le moteur de démarrage Cette dépense peut être justifiée au cas o l'opération de démarrage ne peut pas 5 être perçue acoustiquement de manière sûre, par exemple sur des véhicules utilitaires équipés d'un moteur couché sous le châssis ou d'un moteur à l'arrière. S'agissant de voitures de tourisme en parti- culier, l'objectif premier est d'éviter l'endommagement par suite du renouvellement trop rapide du démarrage à la suite d'un démarrage raté puisque l'opération de démarrage peut être surveillée acoustiquement et que, de ce fait, un démarrage répété alors que le moteur tourne déjà est moins fréquent Un démarreur du type indiqué en15 préambule et possédant un dispositif de protection simple répondant à ce besoin, est connu par l'abrégé descriptif japonais 63-302174 (A), M-809 du 4 Avril 1989 Cet abrégé décrit un dispositif de protection avec lequel le temps de blocage pour un démarrage répété est contrôlé par une tension induite par la rotation par inertie de l'arbre d'induit Dans ce but, à la suite d'une tentative de démarrage interrompue ou sans succès, de sorte que l'alimentation principale du moteur de démarrage est interrompue, le dispositif de protection est alimenté25 par une tension induite par la rotation de l'arbre d'induit du moteur de démarrage tournant par inertie. Tant que l'arbre d'induit continue à tourner sur son erre et qu'une tension est appliquée au dispositif de protection, un pont de contact dans la ligne d'alimen-30 tation principale reste ouvert, de sorte qu'un nouveau démarrage ne peut pas être effectué. Un inconvénient de ce dispositif de protection est le temps de blocage relativement long, ce qui est dû au temps de marche par inertie du moteur de démarrage, et35 le fait que, pour interrompre l'alimentation principale, un relais supplémentaire d'ouverture et de fermeture d'un circuit de puissance soit nécessaire. Le but de l'invention est de réaliser un démarreur avec un dispositif de protection simple et peu coûteux, autorisant un nouveau démarrage rapide à la suite d'un démarrage manqué, et garantissant en même temps que le pignon soit au repos au moment de l'engre- nage. On obtient ce résultat par le fait que le dispositif de protection comporte des moyens qui, après une tentative de démarrage interrompue, maintiennent le pignon engrené avec la couronne dentée tant que le dispositif de protection est alimenté par la tension induite par la rotation de l'arbre d'induit, continuant15 à tourner par inertie, pendant que le pont de contact reste ouvert. Selon l'invention, après un démarrage inter- rompu et alors que l'alimentation principale du moteur de démarrage, continuant à tourner sur son erre, est20 coupée, on utilise ce moteur comme une génératrice pour alimenter, par la tension induite, un dispositif de protection qui maintient le pignon en prise avec la couronne dentée tant que dure la marche par inertie. Ainsi, le pignon est seulement désengrené quand le25 moteur de démarrage s'est arrêté Dans le cas d'un renouvellement rapide d'une tentative de démarrage, le pignon est donc ou bien engrené ou bien au repos La cause du premier aspect mentionné précédemment de l'endommagement à savoir un pignon encore tournant qui30 vient heurter une couronne dentée au repos est ainsi exclue. Le second aspect de l'endommagement provoqué par une tentative d'engrenage dans une couronne dentée tournante du moteur thermique fonctionnant déjà par ses35 propres moyens est également réduit En effet, après un démarrage réussi, le pignon est seulement désengrené lorsque, en raison de la roue libre entre l'arbre d'induit et le pignon, l'arbre d'induit du moteur de démarrage, dont l'alimentation est coupée, s'est immo- bilisé et le dispositif de protection n'est plus ali- menté Des mesures provisoires font ressortir que le pignon reste une à deux secondes plus longtemps en prise avec la couronne dentée Pendant ce temps, une tentative erronée de nouveau démarrage est possible, avec le moteur thermique en marche, sans qu'il y ait une abra- sion sur la couronne dentée. Un autre avantage du dispositif de protection selon l'invention est le raccourcissement du temps après lequel un nouveau démarrage peut être effectué sous les mêmes conditions initiales qu'un premier démarrage, non réussi L'arbre d'induit du moteur de démarrage est en effet freiné très rapidement par le moteur thermique tournant sur son erre Normalement, la durée de la marche par inertie du pignon est 5 à 6 fois plus longue que celle du moteur thermique Le raccourcissement du temps d'attente, jusqu'à ce qu'un nouveau démarrage soit possible, est important aussi sous des aspects de sécurité puisque la situation de la circulation routière exige souvent le renouvellement rapide d'un démarrage. Selon un mode de réalisation préféré, le disposi- tif de protection comporte un enroulement qui, lorsqu'il est alimenté, déplace une armature-butée coordonnée à une position d'arrêt à laquelle cette armature-butée s'oppose au retour de l'armature d'embrayage du relais d'embrayage à sa position de départ, sous l'effet d'un ressort de rap- pel, de manière que le pignon reste encore en prise avec la couronne dentée, pendant que le pont de contact, pour l'é- tablissement et la coupure de l'alimentation principale du moteur de démarrage, est ouvert. Avantageusement, le moteur de démarrage est un moteur à courant continu de type "série" et la tension pour la commande du dispositif de protection du côté de l'en- trée, est prélevée sur l'enroulement d'excitation du mo- teur de démarrage. D'autres caractérisques et avantages de la solu- tion apportée par l'invention ressortent de la description qui va suivre Dans l'exemple de réalisation décrit ci- après, le dispositif de protection est constitué, de ma- nière très simple et robuste, par une armature-butée dotée d'une commande électromagnétique. L'invention sera ci-après décrite par un exemple de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif sur le dessin o la figure 1 représente un démarreur selon l'in- vention en position de repos; la figure 2 représente ce démarreur lors de l'engrenage du pignon avec la couronne dentée; la figure 3 représente le démarreur pendant le lancement du moteur thermique; et la figure 4 représente le démarreur lors du désengrenage. La figure 1 montre, par une représentation simplifiée, à l'intérieur de la ligne en trait mixte symbolisant la carcasse 12 du démarreur, un démarreur en position de repos, comme celui décrit dans le document déjà cité précédemment (périodique allemand: BOSCH, Technische Unterrichtung: Startanlagen, 1984, en parti- culier page 20) Il s'agit d'un démarreur de type à poussée et à vis, comprenant un moteur de démarrage 9 dont l'arbre d'induit 10 entraîne par l'intermédiaire d'une roue libre 6 le pignon 7 La roue libre 6 empêche que l'induit du moteur de démarrage 9 soit accélérée à des vitesses élevées inadmissibles quand le moteur thermique commence à fonctionner par ses propres moyens. Le moteur de démarrage 9 est un moteur à courant continu de type "série", dont l'enroulement d'excitation 4 est monté en série avec l'enroulement d'induit Sur ce moteur de démarrage 9 est monté un relais d'embrayage 2 comportant un enroulement de rétraction et un enroule- ment de maintien, lesquels sont reliés d'un côté par la borne 50 à l'interrupteur de démarrage 1 et de l'autre côté à l'enroulement d'excitation 4 respectivement à la masse D'autres composants du relais d'embrayage 2 sont un pont de contact 2 1 et une armature d'embrayage 2 2 Le pont de contact 2 1 est ouvert à la position de repos et ferme le circuit électrique principal (trait fort) pour l'alimentation du moteur de démarrage 9 à la position fer- mée Un mouvement de rétraction de l'armature d'embrayage 2.2, au moment de l'excitation du relais 2, est transmis par un levier d'embrayage 5 à un mécanisme de poussée-vis- sage en vue de l'engrenage du pignon 7. Le dispositif de protection 13 selon l'inven- tion est formé d'une armature-butée 14 à commande électromagnétique (enroulement) et retour automatique (ressort de rappel) Le dispositif de protection 13 est fixé à la carcasse 12 du démarreur (par bridage), de manière que l'armature-butée 14 à la position d'arrêt, donc lorsqu'elle est étendue le dispositif de protec- tion 13 étant alimenté -, s'oppose à un mouvement de rappel de l'armature d'embrayage 2 2 rétractée, voir la figure 4 Le dispositif de protection 13 est raccordé électriquement à l'enroulement d'excitation 4 et donc ali- menté en même temps par le circuit principal (trait fort). On décrira maintenant d'abord, en référence aux figures 2 et 3, le mode de fonctionnement en lui- même connu du démarreur. Lors d'un démarrage, voir la figure 2, qui est déclenché par la fermeture de l'interrupteur de démar- rage 1, les enroulements de rétraction et de maintien du relais d'embrayage 2 sont excités, avec le résultat que l'armature 2 2 attire le levier d'embrayage ou de commande 5, contre la force d'un ressort de rappel 3 Le levier fait glisser le pignon 7 sur l'arbre d'induit 10 en direction de la couronne dentée 11 Pendant ce mouvement, le pignon 7 tourne vers l'avant sous l'effet de vissage d'un mécanisme d'engrenage, jusqu'à ce que le pignon 7 soit engrené sur la couronne dentée Il et arrive en butée. Le pont de contact 2 1 est fermé à la position de fin de course de l'armature d'embrayage 2 2, voir la figure 3 Le courant principal d'alimentation (trait fort) passe par le pont de contact 2 1 fermé à l'enrou- lement d'excitation 4 du moteur de démarrage 9, lequel lance le moteur thermique (non représenté) par l'inter- médiaire du pignon 7 en prise avec la couronne dentée 11. En même temps que s'effectue la fermeture du pont de contact 2 1, l'enroulement de rétraction dans le relais d'embrayage 2 est court-circuité Dès lors, seul l'en- roulement de maintien de ce relais agit encore, mais sa force magnétique, plus faible, suffit à maintenir l'armature d'embrayage 2 2 à la position rétractée 1 o jusqu'à la fin du démarrage Au cas o l'interrupteur de démarrage 1 est ouvert pour mettre fin au démarrage, de sorte que l'alimentation de l'enroulement de maintien disparaît, l'armature d'embrayage 2 2 retourne à la position de repos sous lreffet du ressort de rappel 3, ce qui s'accompagne d'abord de l'ouverture du pont de contact 2 1 et ensuite du désengrènement du pignon 7. Le dispositif de protection 13 selon l'inven- tion intervient dans le déroulement décrit de la manière suivante A la position de repos, selon la figure 1, le dispositif de protection 13 n'est pas alimenté, de sorte que l'armature-butée 13 occupe la position de repos, à laquelle l'armature d'embrayage 2 2 occupe également, librement, sa position de repos Immédiatement après que l'interrupteur de démarrage 1 ait été actionné, voir la figure 2, le dispositif de protection 13 n'est que faiblement alimenté par le courant traversant les enroulements du relais d'embrayage 2 et il importe peu dans quelle mesure l'armature-butée 14 est étendue par cette alimentation C'est seulement après que le pignon 7 ait été amené en prise avec la couronne dentée et que le pont de contact 2 1 ait été fermé/ voir la figure 3, que le dispositif de protection 13 est alimenté par le courant principal (trait fort) qui suffit à amener l'armature-butée 14 à la position d'arrêt Cette posi- tion doit cependant être choisie de manière que lorsque l'interrupteur de démarrage 1 est ouvert, voir la figure 4, l'armature d'embrayage 2 2 puisse se déplacer libre- ment, sous l'effet du ressort de rappel 3, sur une distance telle que le pont de contact 2 1 s'ouvre immédiatement Bien que l'alimentation principale du moteur de démarrage 9 et du dispositif de protection 13 soit ainsi interrompue, tant que l'arbre d'induit continue à tourner par inertie et n'est pas arrêté, une tension est induite dans l'enroulement d'excitation 4, S tension qui maintient l'armature-butée 14 à la position d'arrêt De ce fait, pendant le temps que le moteur de démarrage continue à tourner par inertie, l'armature d'embrayage 2 2 est maintenue à une position intermé- diaire à laquelle le pignon 7 est encore engrené dans la10 couronne dentée 11 Suivant que la tentative de démar- rage a été couronnée de succès ou non, ce maintien en prise du pignon a l'effet suivant. Dans le cas d'un démarrage manqué, le moteur thermique s'immobilise très vite et freine, en synchro- nisme avec lui-même, l'arbre d'induit 10 du moteur de démarrage puisque le pignon 7 et la couronne dentée Il sont en prise mutuelle C'est seulement quand l'alimen- tation du dispositif de protection 13 a disparu et quand son armature-butée 14 est retournée à la position de repos20 que le pignon 7 est désengrené par le relais d'embrayage 2 Le dispositif de protection 13 produit donc d'une part un raccourcissement de la rotation par inertie du pignon et a d'autre part pour effet que le pignon est seulement désengrené à l'arrêt du moteur thermique et du25 moteur de démarrage 9 Ensuite, on est en présence des mêmes conditions initiales que lors d'un premier démar- rage. Dans le cas d'une tentative de démarrage réussie, le moteur thermique atteint son état de fonc- tionnement autonome et la roue libre 6 coupe la liaison de transmission de forces entre l'arbre d'induit 10 et le vilebrequin du moteur thermique dès que la vitesse de rotation de ce dernier est plus élevée que la vitesse de rotation du démarreur L'arbre d'induit 10 termine35 ensuite lentement sa rotation par inertie, en étant freiné par des forces de frottement, tandis que le il pignon 7 désaccouplé par la roue libre 6 de l'arbre d'induit 10 et la couronne dentée 11 sont en prise mutuelle Le dispositif de protection 13 a donc pour effet que pendant ce temps de libre rotation par inertie 5 de l'arbre d'induit 10, un nouveau démarrage peut être tenté sans risque d'endommagements alors que le moteur thermique fonctionne. Le dispositif 13 n'offre pas de protection, lors d'un nouveau démarrage avec le moteur thermique en marche, si un certain temps s'est déjà écoulé et le pignon 7 a été dégagé de la couronne dentée 11 Lors d'une tentative d'engrenage, le pignon 7 viendrait alors heurter la couronne dentée Il tournante et une abrasion comme celle expliquée précédemment se produirait Ce cas15 est cependant d'importance secondaire pour la pratique car plus le conducteur attend avant de faire un nouveau démarrage, plus sûrement il peut se rendre compte que le moteur thermique est parti. Il est néanmoins possible, sans difficultés, d'étendre le dispositif de protection en ce sens qu'un signal d'un générateur de courant électrique, mû par le moteur thermique, soit exploité pour bloquer le démar- reur quand le moteur thermique fonctionne de façon autonome Cependant, les moyens à mettre en oeuvre,25 comprenant en particulier une arrivée supplémentaire, ne semblent pas justifiés compte tenu des performances déjà satisfaisantes du dispostif de protection 13 selon l'invention Celui- ci représente un compromis optimal entre la fonction de protection désirable et la dépense30 qu'elle implique. Un dispositif de protection selon l'invention est également réalisable de manière que la commande électromagnétique coordonnée soit intégrée sous la forme d'un troisième enroulement dans le relais d'embrayage 2. L'armature-butée pourrait être réalisée comme un tube fermé à l'avant, dans lequel se déplacerait l'armature d'embrayage 2 2, la fermeture à l'avant du tube servant de butée Pour ne pas être influencé par les autres enroulements dans le relais d'embrayage 2, le tube doit être fabriqué de matériau non magnétique dans la zone correspondante. Une tension produite par la rotation de l'arbre d'induit 10 pour commander le dispositif de protection 13 peut être fournie aussi, naturellement, d'une autre manière que par prélèvement de la tension10 induite dans l'enroulement d'excitation 4 Il est par exemple possible aussi d'utiliser la tension induite dans un enroulement auxiliaire du moteur de démarrage. Outre le coût réduit, un dispositif de pro- tection selon l ' invention offre l'avantage de pouvoir être monté directement sur le démarreur, sans que cela demande d'autres connexions externes Il est ainsi possible, sans difficultés, d'équiper des véhicules après coup d'un démarreur selon l'invention, par simple remplacement du démarreur existant. REVENDICATIONS 1 Démarreur possédant un dispositif électrique de protection contre l'endommagement par une répétition rapide du démarrage, pour un moteur thermique, 5 comprenant un interrupteur de départ pour déclencher un démarrage, au cours duquel, au moyen d'un relais d'embrayage, un pignon est avancé sur l'arbre d'in- duit d'un moteur électrique de démarrage et amené à engrener dans une couronne dentée du moteur ther- mique, une armature d'embrayage du relais d'embrayage fermant en dernier un pont de contact pour l'alimen- tation électrique principale du moteur de démarrage et dont le dispositif de protection, après une tentative de démarrage interrompue, donc alors que l'interrup- teur de démarrage est ouvert et l'alimentation principale du moteur de démarrage est interrompue, est alimenté par une tension induite par la rotation de l'arbre d'induit du moteur de démarrage, conti- 2 a nuant à tourner par inertie, caractérisé en ce que le dispositif de protection ( 13) comporte des moyens ( 14) qui, après une tentative de démarrage interrompue, maintiennent le pignon ( 7) engrené avec la couronne dentée ( 11) tant que le dispo-25 sitif de protection ( 13) est alimenté par la tension induite par la rotation de l'arbre d'induit ( 10), continuant à tourner par inertie, pendant que le pont de contact ( 2 1) reste ouvert. 2 Démarreur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de protection ( 13) comporte un enroulement qui, lorsqu'il est alimenté, déplace une armature-butée ( 14) coordonnée à une position d'arrêt à laquelle cette armature-butée s'oppose au retour de l'armature d'embrayage ( 2 2) du relais d'embrayage ( 2) à35 sa position de départ, sous l'effet d'un ressort de rappel ( 3), de manière que le pignon ( 7) reste encore en prise avec la couronne dentée ( 11), pendant que le pont de contact ( 2 1), pour l'établissement et la coupure de l'alimentation principale du moteur de démarrage ( 9), est ouvert. 5 3 Démarreur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le moteur de démarrage ( 9) est un moteur à courant continu de type "série" et la tension pour la commande du dispositif de protection ( 13) du côté de l'entrée, est prélevée sur l'enroulement d'excitation10 ( 4) du moteur de démarrage ( 9).