Brevet FR2788083A1 — publié le 20000707

La présente invention est relative aux moteurs thermiques et aux accessoires les équipant et elle vise, plus spécifiquement, les moyens ordinairement mis en oeuvre pour démarrer de tels moteurs thermiques, qu'ils soient mono ou multi-cylindres, à combustion interne, du type diesel ou à allumage commandé. L'objet de l'invention vise, plus spécifiquement, les moteurs thermiques dont l'application fait naître un problème de poids que l'on cherche généralement à réduire en intervenant autant que cela est possible sur le nombre, la qualité, l'importance ou la conception des accessoires. A titre d'exemple, il convient de considérer le domaine des véhicules à moteur de type course ou compétition, tels que notamment les monoplaces de formule 1 pour lesquels un gain de poids est un souci permanent et un facteur d'intervention en vue d'améliorer les performances. Il est connu que les monoplaces de formule 1 doivent répondre à un certain nombre de règles impératives pour pouvoir être homologuées. Parmi ces règles, il peut être noté l'absence d'obligation de présence d'un démarreur, ce qui représente un gain de poids d'environ dix kilos, à condition bien évidemment de faire appel aux solutions techniques les plus avancées pour constituer un tel démarreur en prenant en compte l'ensemble que ce dernier constitue avec sa source d'alimentation propre. Cette absence de démarreur possède bien évidemment une incidence négative, parfois de grande conséquence, notamment lorsqu'au cours d'un incident de course, le moteur cale définitivement. L'absence de tout moyen permettant de redémarrer le moteur conduit, en fonction de la réglementation, à l'abandon obligatoire et définitif Des dysfonctionnements susceptibles de conduire à des conséquences semblables peuvent aussi intervenir lors des ravitaillements, notamment au moment de la remise en régime nécessaire au redémarrage du véhicule. Si un calage de moteur intervient à ce stade, une perte importante de temps s'installe par la nécessité de devoir accoupler au moteur du véhicule un groupe de démarrage externe qui doit ensuite être désaccouplé. On a bien sûr tenté de résoudre ce problème en proposant des solutions de démarreur embarqué qui soit autre que la mise en service d'un moteur électrique puisant une énergie appropriée dans une batterie d'accumulateurs également embarqués. E ce sens, il a été proposé la mise en oeuvre d'un système de démarrage à partir de gaz comprimé sous haute pression destiné à alimenter un moteur pneumatique lié à un arbre du moteur thermique. Même en choisissant les solutions les plus techniquement élaborées, un tel ensemble, impliquant notamment la présence d'une réserve de gaz comprimé, dépasse encore généralement plus de 5 kilogrammes considérés comme incompatibles avec l'obtention des performances recherchées en course ou compétition. A titre de seconde application, il peut être cité également le domaine d'application des moteurs d'avion répondant aux spécifications de l'aviation légère, de tourisme, voire de troisième ou quatrième niveau. Dans un tel domaine d'application, il est aussi recherché, comme cela se comprend aisément, une réduction du poids embarqué pouvant être considéré comme mort pour ce qui concerne la phase d'utilisation normale d'un aérodyne, étant donné que la nécessité de devoir démarrer le moteur ne se présente habituellement qu'au sol. Dans un tel domaine, il serait donc particulièrement bienvenu de pouvoir alléger l'accessoire de démarrage de manière à pouvoir bénéficier d'une capacité de charge accrue d'autant. La présente invention vise à proposer des moyens techniques à même de répondre à cette exigence, tout en étant fiables et peu onéreux et présentant une sécurité de fonctionnement pour un poids très largement réduit par rapport aux solutions techniques connues à ce jour. L'objet de l'invention vise certainement à répondre à l'objectif recherché dans les domaines d'application tels que ceux évoqués précédemment, mais peut également être considéré comme à même d'être mis en oeuvre dans d'autres domaines techniques o la considération d'un gain de poids n'apparaît pas pourtant aussi primordiale. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le démarreur pour moteur thermique conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un mini moteur thermique, dit de puissance, accouplé à un arbre d'entraînement du moteur thermique à démarrer, par l'intermédiaire d'un réducteur et d'un accouplement irréversible - et un mini moteur dit de lancement accouplé au mini moteur de puissance pour en assurer le démarrage propre par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse de rotation. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'une motorisation associée à une chaîne de démarrage faisant intervenir les moyens selon l'invention. La fig. 2 est une vue schématique illustrant une variante. La fig. 3 est une vue schématique illustrant un autre exemple d'application. Sur la base de la fig. 1, l'objet de l'invention egt représenté schématiquement en relation avec le démarrage d'un moteur thermique 1 dont l'application particulière n'est pas rendue apparente. Même si au sens de l'invention, il convient de considérer que le moteur thermique 1 représente avantageusement un moteur à allumage commandé, apte à assurer la propulsion d'un véhicule automobile et plus particulièrement d'une monoplace de formule 1, il doit être considéré que le démarreur selon l'invention pourrait trouver une même application dans le cas de démarrage d'un moteur 1 à poste fixe. Le moteur 1 est représenté comme étant du type à quatre cylindres, mais cette caractéristique constructive n'est donnée qu'à titre d'exemple étant donné que l'objet de l'invention trouverait une même application au démarrage d'un moteur thermique mono-cylindre ou polycylindrique. Le démarreur selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 2 comprend un mini-moteur thermique 3 du type de ceux utilisés dans le domaine des modèles réduits. Un tel mini-moteur 3 dit de puissance peut posséder une cylindrée adaptée en fonction de celle du moteur thermique 1 à démarrer. Il peut être considéré que le mini-moteur de puissance 3 possède une cylindrée au moins égale à 5 cm3 pouvant aller jusqu'à dépasser 10 cm3, de manière à pouvoir fournir une puissance au moins égale à 2 kW. Le mini-moteur de puissance 3 peut être du type à deux temps, voire à quatre temps. En règle générale, de tels types de moteurs possèdent une vitesse de rotation voisine de 10 à 15 000 tours/mn et sont d'un poids voisin de 500 g. Compte tenu de telles caractéristiques, l'arbre de sortie 4 du minimoteur de puissance 3 est associé à un réducteur à vis 5 qui est accouplé à un arbre 6 du moteur thermique 1 à démarrer. L'arbre 6 peut être une sortie directe de vilebrequin, une sortie d'un arbre à came, voire l'arbre primaire d'une boîte de vitesses associée lorsque le moteur thermique 1 est ainsi équipé. Pour des raisons qui ressortent de ce qui suit, le réducteur à vis 5 est équipé, pour son accouplement avec l'arbre 6, d'un dispositif d'entraînement irréversible 7 qui peut être, par exemple, une roue libre à coincement. Il n'apparaît pas nécessaire de décrire plus précisément le mini-moteur de puissance 3 dans sa structure constructive, étant donné qu'il s'agit d'un ensemble fonctionnel largement connu et disponible dans le commerce. Pour information générale, de tels moteurs possèdent un échappement 8 direct ou non et un système 9 d'admission-carburation à base d'un combustible spécifique ou encore d'un combustible ordinaire tel que de l'essence ou encore du kérosène. Le démarreur selon l'invention se compose encore d'un mini-moteur de lancement 10 qui est chargé d'assurer le démarrage du mini-moteur de puissance 3. Le mini-moteur de lancement 10 possède un arbre de sortie 11 qui entraîne un multiplicateur de vitesse de rotation 12 chargé d'attaquer l'arbre d'entrée 13 du mini- moteur de puissance 3. Pour des raisons bien compréhensibles, le multiplicateur de vitesse 12 est associé à un organe d'entraînement irréversible 14, par exemple du type à roue libre à coincement. Selon l'exemple de réalisation illustré par la fig. 1, le mini-moteur de lancement 10 est avantageusement constitué par un moteur pneumatique possédant un orifice d'admission 15 et un orifice d'échappement 16. La structure interne ou la conception du moteur pneumatique 10 est indifférente à l'objet de l'invention qui trouve cependant une mise en pratique convenable à partir d'un moteur pneumatique du type à piston susceptible de connaître un régime de rotation maximal d'environ 3 000 tours/mn. Le moteur pneumatique 10 est alimenté en gaz sous pression avantageusement par l'intermédiaire d'une cartouche ou bouteille 17 équipée d'un détendeur 18 et d'une électro-vanne 19 d'ouverture-fermeture. Le moteur pneumatique 1 possède avantageusement une cylindrée de 1 cm3 et pour son alimentation, la bouteille 17, par exemple d'une contenance de 0,25 litre, est remplie d'un mélange gazeux stocké à une pression de l'ordre de 200 bar. Un tel moteur pneumatique disponible dans le commerce présente un poids inférieur à 200 g et peut être alimenté par réglage du détendeur 18 avec un gaz comprimé délivré sous une pression de l'ordre de 25 bars. Lorsqu'il convient d'assurer le démarrage du moteur thermique 1, l'électro- vanne 19 est commandée en ouverture pour assurer l'alimentation du moteur pneumatique 10 dont la rotation de l'arbre de sortie 11 est appliquée, par l'intermédiaire du multiplicateur 12 et de l'accouplement irréversible 14, à l'arbre d'entrée 13 du mini-moteur de puissance 3. Compte tenu des caractéristiques données précédemment, le multiplicateur 12 est choisi ou conçu de manière à faire intervenir un facteur de l'ordre de 5 lorsque le moteur pneumatique 10 peut connaître un régime de rotation maximal de l'ordre de 3 000 tours/mn. De cette façon, l'arbre d'entrée 13 du mini-moteur de puissance 3 est entraîné à la vitesse convenable pour permettre le démarrage du moteur 1 par l'arbre de sortie 4, le réducteur 5 et l'arbre 6 du moteur 1 via l'accouplement irréversible 7. De cette manière et par la succession de l'organe moteur de lancement 10, chargé de faire naître le fonctionnement de l'organe moteur de puissance 3, il est possible de provoquer le démarrage du moteur thermique 1 en faisant intervenir des moyens de faible masse et de faible encombrement qui se distinguent particulièrement des systèmes ou accessoires de démarrage de la technique connue. Le réducteur 5 peut par exemple introduire un facteur de réduction de 30 à 1 lorsque l'entraînement s'effectue par l'intermédiaire d'un arbre 6 constituant un arbre à came, qui peut ainsi être entraîné à un régime de l'ordre de 500 tours/mn pour un régime maximal de 15 000 tours/mn du mini-moteur de puissance 3. Lorsque le démarrage du moteur thermique 1 est effectué, un capteur tel que apprécie la vitesse de rotation dudit moteur de manière à couper l'alimentation du système 9 du mini-moteur de puissance 3 et à provoquer simultanément la fermeture de l'électro-vanne 19. Il peut être envisagé, selon l'invention d'établir au contraire un contrôle successif en prévoyant tout d'abord celui du fonctionnement du mini-moteur de lancement 10, puis ensuite le démarrage du mini-moteur de puissance 3. Dans un tel cas, la détection du régime de rotation du minimoteur de puissance 3 peut alors être appréciée par un capteur 21 chargé de commander la fermeture de l'électro-vanne 19 pour provoquer l'arrêt du mini-moteur de lancement 10 dès que le mini-moteur de puissance 3 connaît un régime de rotation convenable. Dans tous les cas de fonctionnement, des différences de régime de rotation, ainsi que les désaccouplements nécessaires sont rendus possibles par les accouplements irréversibles 7 et 14. Il est avantageux, dans l'exemple illustré par la fig. 1, de prévoir l'alimentation du moteur pneumatique de lancement 10, non pas avec un gaz sous pression, mais en oxygène sous pression, de manière à pouvoir relier l'orifice d'échappement 16 au système d'admission 9 du mini-moteur de puissance 3. Par ce moyen, le mini-moteur de puissance 3 connaît une alimentation en comburant enrichi permettant d'accroître sa puissance développée et, par conséquent, le cas échéant, de réduire la cylindrée du moteur 3. Sur la base des conditions précédemment énumérées, une alimentation d'un moteur pneumatique de 1 cm3 de cylindrée, avec de l'oxygène à 25 bar et connaissant un régime de rotation maximale de 3 000 tours/mn peut assurer l'alimentation du système 9 d'un moteur de modèle réduit du type deux temps de 5 cm3 de cylindrée qui connaît un accroissement de puissance d'un facteur 5 par rapport à celle qu'il est capable de développer en étant alimenté en comburant à partir de l'air atmosphérique. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'objet de la présente invention consiste à utiliser, en lieu et place d'un démarreur classique, un système composé d'un moteur thermique de modèle réduit pour constituer la source de puissance et d'un mini-moteur pneumatique pour assurer le lancement du moteur thermique de puissance. Une telle technologie qui relève de celle des modèles réduits, permet de développer la puissance nécessaire importante au démarrage du moteur principal 1, tout en faisant intervenir des accessoires de faible encombrement, de faible consommation et de faible masse. Dans le cas o l'enrichissement du système d'admission 9 en oxygène n'est pas mis en oeuvre, il est possible d'assurer le démarrage d'un moteur 1 de trois litres de cylindrée en mettant en oeuvre un moteur de puissance 3 de l'ordre de 10 cm3 capable de développer une puissance de 8 kW. Une variante de réalisation est illustrée à la fig. 2 qui montre essentiellement les mêmes composants que ceux décrits précédemment et qui sont donc désignés par les mêmes références. A la différence de l'exemple selon la fig. 1, la fig. 2 fait apparaître que le mini-moteur de lancement 10 est cette fois constitué par un moteur électrique alimenté à partir d'une source d'énergie 22 capable de fournir un courant par exemple d'une intensité égale à 10A sous une tension voisine de 12V.Un tel courant est capable d'alimenter un moteur 10 électrique répondant aux caractéristiques suivantes. -Vitesse de rotation............2 000 T / mn -Puissance.................. ......0,4 kW -Masse................................ 1 kg Dans cet exemple de réalisation, le circuit d'alimentation du moteur électrique 10 comprend, par exemple, un premier contacteur 23 de commande initiale et un deuxième contacteur 24 dont la commande en ouverture du circuit est placée..DTD: sous la dépendance du capteur de vitesse de rotation 21. Il doit bien entendu être considéré qu'une installation plus technique peut être prévue pour assurer la double fonction d'alimentation initiale et de coupure successive par l'intermédiaire d'un même contacteur. La fig. 3 montre une autre variante de réalisation dans laquelle le moteur 1 à démarrer est du type aviation en étant constitué par exemple par un quatre cylindres du type à plat dont l'arbre de sortie entraîne une hélice 31 à pas variable ou non. Un arbre de sortie 32 du moteur 30 est attaqué, comme dit précédemment par le réducteur 5 via l'organe d'accouplement irréversible 7, ledit réducteur étant accouplé à l'arbre de sortie 4 du mini-moteur de puissance 3, lui-même entraîné en démarrage par les moyens décrits précédemment sollicités par un moteur électrique 10. En mettant en oeuvre un moteur 10 de puissance voisine de 0,4 kW et un moteur de puissance 3 de 10 cm3 de cylindrée du type deux temps apte à fournir une puissance de 8 kW, il devient possible de démarrer un moteur d'avion de 5 litres de cylindrée exigeant l'application d'une puissance de 3 kW à 200 tours/mn au minimum. Dans cette application, l'ensemble selon l'invention possède une masse de l'ordre de 2 kilos, alors qu'un système de démarrage équivalent selon la technique de l'art antérieur imposerait une masse de l'ordre de 15 kilos. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Démarreur pour moteur thermique mono ou multi cylindres, caractérisé en ce qu'il comprend - un mini-moteur thermique (3), dit de puissance, accouplé à un arbre d'entraînement (6) du moteur thermique à démarrer (1), par l'intermédiaire d'un réducteur (5) et d'un accouplement irréversible (7) - et un mini-moteur (10) dit de lancement accouplé au mini-moteur de puissance pour en assurer le démarrage propre par l'intermédiaire d'un multiplicateur (12) de vitesse de rotation. 2 - Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le minimoteur de lancement (10) est accouplé au mini-moteur de puissance (3) par un accouplement irréversible (14). 3 - Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mini- moteur de lancement est constitué par un moteur électrique. 4 - Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mini- moteur de lancement est constitué par un moteur pneumatique alimenté en gaz comprimé. - Démarreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mini-moteur de lancement pneumatique (10) est alimenté en oxygène sous pression et en ce qu'il possède un échappement (16) raccordé à l'admission (9), du mini moteur de puissance. 6 - Démarreur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mini-moteur de puissance est un moteur thermique, à combustion interne, de type modèle réduit. 7 - Démarreur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le minimoteur de puissance (3) possède une cylindrée au moins égale à 5 cm3 pour le démarrage d'un moteur thermique de 3 à 5 litres de cylindrée. 8 - Démarreur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le minimoteur de puissance (3) possède une vitesse de rotation de l'ordre de 15 000 tours /mn et développe une puissance au moins égale à 2 kW. 9 - Démarreur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le mini- moteur de lancement (10), du type pneumatique, possède une cylindrée égale ou supérieure à 1 cm3, est alimenté en gaz sous pression de l'ordre de 25 bar et affiche une vitesse de rotation de l'ordre de 3 000 tours/mn. - Démarreur selon l'une des revendications 1, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le mini-moteur de puissance (3) est accouplé par son réducteur associé (5) à un arbre-came (6) de moteur thermique à démarrer. 11 - Démarreur selon l'une des revendications 1, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le mini-moteur de puissance (3) est accouplé par son réducteur associé (5) à l'arbre primaire d'une boîte de vitesses équipant le moteur thermique à démarrer. 12 - Démarreur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'alimentation du mini-moteur de lancement et celle du mini-moteur de puissance sont neutralisées par la détection d'un régime de rotation déterminé du moteur thermique. 13 - Démarreur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'alimentation du mini-moteur de lancement est neutralisée par le détection d'un régime de rotation déterminé du mini-moteur de puissance.