 | Principes de fonctionnement du Démarreur |
Voici quelques lignes, photos et illustrations pour vous décrire le fonctionnement du système qui a remplacé la manivelle (enfilée dans le '0') et qui vous évite de (trop souvent) pousser votre voiture pour démarrer.
 | Principes et Fonctions du Démarreur |
Ce type de démarreur est monté, entre autres, sur la 205TD équipée avec direction assistée.
Mais les principes décrits peuvent s'appliquer à tout type de démarreur. ------------------------------
Rôle du démarreur
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Le démarreur entraîne le moteur thermique depuis l’arrêt jusqu’à une vitesse de rotation d’environ 350tr/min, cette vitesse permet d’atteindre une compression suffisante, ce qui est nécessaire pour que le moteur thermique devienne autonome (température d’auto-inflammation du gasoil avec action conjuguée des bougies de préchauffage).
Le démarreur doit fournir un couple moteur élevé afin de vaincre les couples résistants dus à :
- L’ensemble des frottements secs
- L’ensemble des frottements visqueux (viscosité de l’huile, importante à froid)
- L’inertie des pièces mobiles
- L'entraînement du vilebrequin
- La création de la phase de compression
- L’entraînement de l’arbre à cames
- L’entraînement de la pompe d’injection
- L’entraînement de la pompe à eau, de la pompe à huile, de la pompe d’assistance au freinage et de la pompe de direction assistée
- L’entraînement de l’alternateur
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Schéma blocs
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DESCRIPTION
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Le démarreur est composé :
- d’un moteur CC,
- d’un solénoïde,
- d’un équipage mobile.
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Le Solénoïde
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Le Solénoïde est composé d’un noyau plongeur, de deux enroulements (Appel et Maintien), d’un ressort et d’un interrupteur de puissance (normalement ouvert) à haut pouvoir de coupure (300A nominal).
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Le moteur CC
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C’est un Moteur à Courant Continu, à aimants permanents (6 paires de pôles), d’une puissance de 1.7kW et d’une vitesse de rotation d’environ 13 500tr/min.
Le sens de rotation est fixé par construction, ainsi lorsque le démarreur est placé horizontalement, en regardant les connexions électriques, le pignon tourne dans le sens anti-horlogique, ce qui entraînera le volant moteur dans le sens horlogique.
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L’équipage mobile
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Il est constitué du Pignon, de la Roue Libre, de L'engreneur et du Réducteur.
Le pignon comporte 11 dents, il s'engrènera dans la couronne du volant moteur qui elle comporte 136 dents.
La roue libre permet, dans un premier temps, de transmettre le couple (~30Nm) du moteur CC vers le volant moteur (M => V), dans un second temps, elle empêche que le rotor ne soit entraîné par le volant moteur (V ≠>M ) lorsque le moteur thermique est devenu autonome, car la vitesse de rotation du moteur CC serait alors excessive. Le l'engreneur imprime un mouvement de rotation au pignon (l'angle de 1 à 2 dents du pignon) lorsqu’il est poussé.
Le réducteur entraîne l'axe du lanceur à une vitesse qui n'est qu'une fraction de la vitesse de rotation du rotor, en contrepartie, le couple fourni par le lanceur est le couple disponible au rotor multiplié par le facteur de réduction de la vitesse (conservation d'énergie). Le réducteur comporte :
- un Planétaire (rouge) = pignon du Rotor du moteur CC
- des Satellites (oranges)
- un support de satellite (bleu) = axe de la roue libre
- une Couronne (gris)
Exemple
Soit un système réducteur tel que :
- 42 dents pour la couronne du réducteur (C)
- 12 dents pour les satellites du réducteur (S)
- 18 dents pour le planétaire (P)
La couronne étant fixe, le rapport de réduction est de (C + P)/P = 10/3 .
Ainsi, lorsque le rotor fait 10 tours, le pignon de roue libre fait 3 tours.
Soit un volant moteur et un pignon de démarreur tels que :
- 136 dents pour le volant moteur
- 11 dents pour le pignon de démarreur
Alors, lorsque le volant moteur tourne à 330tr/min, le pignon tourne à (330 x 136) / 11 = 4 080 tr/min.
Le rotor tourne à (330 x 136 x 10) / (11 x 3) = 13 600 tr/min.
Cette réduction de vitesse permet de demander un couple rotor qui est environ 40 fois plus petit que celui nécessaire pour entraîner la couronne du volant moteur (soit environ 0.75Nm).
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Fonctionnement
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Lorsque la clé de contact est amenée de la position ‘M’ à la position ‘D’, un processus en 2 phases débute.
Phase 1 M>D :
- Les phénomènes électriques suivant se produisent :
. . o au travers du Neiman, la borne contact du démarreur est reliée au +Batterie, un courant d’environ 50A circule.
. . o l’enroulement de maintien est traversé par un courant
. . o l’enroulement d’appel (en série avec l’ensemble Balai-Collecteur-Balai) est traversé par un courant
. . o le rotor est traversé par un courant limité par l’impédance de l’enroulement d’appel et l’impédance du rotor.
- Les phénomènes magnétiques suivant se produisent :
. . o l’enroulement de maintien crée un champ d’induction magnétique Bmaintien
. . o l’enroulement d’appel crée un champ d’induction magnétique Bappel qui, suivant le sens du courant, vient renforcer Bmaintien.
. . o L’enroulement du rotor (alimenté par l’ensemble Batterie-Neiman-Enroulement d’appel-Balai-Collecteur-Balais) crée un champ d’induction magnétique Brotor limité.
- Les phénomènes mécaniques suivant se produisent :
. . o le noyau plongeur commence son déplacement, il comprime le ressort et entraîne la fourchette,
. . o la fourchette pousse le lanceur
. . o le lanceur positionne, en la vrillant, la roue libre
. . o la roue libre pousse le pignon (11dents) qui tente de s’engrener dans le volant moteur (136 dents)
. . o le moteur CC débute un lent mouvement de rotation (le courant du rotor est limité par l’impédance de la bobine d’appel)
La phase 1 M>D se termine lorsque les contacts de l’interrupteur de puissance se ferment.
Phase 2 M>D :
- Les phénomènes électriques suivant se produisent :
. . o au travers du Neiman, la borne contact est reliée au +Batterie, un courant d’environ 30A circule.
. . o l’enroulement de maintien est traversé par un courant (identique au courant de la phase 1)
. . o l’enroulement d’appel est court-circuité par le contact de puissance, son champ d’induction magnétique va tendre vers 0.
. . o le rotor du moteur est traversé un courant important, seulement limité par l’impédance du rotor et la f-c-e-m induite par la rotation (lente) déjà présente.
- Les phénomènes magnétiques suivant se produisent :
. . o l’enroulement de maintien crée un champ d’induction magnétique Bmaintien qui maintient le noyau plongeur et les contacts de puissance dans leur position.
. . o l’enroulement du rotor qui est alimenté par l’ensemble Batterie-Balai-Collecteur-Balais crée un champ d’induction magnétique Brotor nominal.
- Les phénomènes mécaniques suivant se produisent :
. . o le ressort du solénoïde est totalement comprimé
. . o le moteur du démarreur produit un couple important et entraîne le volant moteur qui acquière une vitesse angulaire capable d’initier le fonctionnement du moteur thermique de manière autonome.
La phase 2 M>D se termine lorsque le moteur thermique est autonome et que le volant moteur entraîne le pignon du démarreur. Les constituants du démarreur sont dans cet état. Lorsque la clé de contact est amenée de la position ‘D’ à la position ‘M’, un processus en 2 phases débute.
Phase 1 D>M :
- Les phénomènes électriques suivant se produisent :
. . o le Neiman, n’alimente plus l’enroulement de maintien, mais son courant ne peut être interrompu instantanément, il puisera son courant par l’intermédiaire de l’enroulement d’appel
. . o l’enroulement d’appel (en série avec l’ensemble Balai-Collecteur-Balai) est traversé par un courant décroissant dont la valeur initiale est le courant de maintien, ce courant est de sens opposé à celui de la phase 1M>D
. . o le rotor du moteur est traversé un courant réduit, le moteur ne fournissant plus que le couple nécessaire pour vaincre les frottements du démarreur.
- Les phénomènes magnétiques suivant se produisent :
. . o l’enroulement de maintien crée un champ d’induction magnétique Bmaintien
. . o l’enroulement d’appel crée un champ d’induction magnétique Bappel qui, suivant le sens du courant, s’oppose au champ d’induction magnétique Bmaintien.
. . o l’enroulement du rotor (alimenté par l’ensemble Batterie-Neiman-Enroulement d’appel-Balai-Collecteur-Balais) crée un champ d’induction magnétique Brotor réduit.
- Les phénomènes mécaniques suivant se produisent :
. . o le ressort vainc la force d’attraction magnétique et pousse le noyau plongeur qui entraîne la fourchette,
. . o la fourchette tire le lanceur
. . o le lanceur tire en la vrillant, la roue libre
. . o la roue libre tire le pignon (11dents) qui se désengage du le volant moteur (136 dents)
. . o le moteur du démarreur maintient sa vitesse de rotation nominale
La phase 1 D>M se termine lorsque les contacts de l’interrupteur de puissance s’ouvrent. Phase 2 D>M :
- Les phénomènes électriques suivants se produisent :
. . o la batterie ne fournit plus aucune énergie au démarreur.
. . o le moteur, non alimenté, se transforme en génératrice et alimente les enroulements d’appel et de maintien avec une tension qui deviendra nulle à l’arrêt de la génératrice.
- Les phénomènes magnétiques suivant se produisent :
. . o l’enroulement de maintien et d’appel créent des champs opposés et tendant vers 0.
-Les phénomènes mécaniques suivant se produisent :
. . o le ressort est totalement relâché, le noyau plongeur est revenu dans sa position initiale
. . o la fourchette, le lanceur et la roue libre sont aussi dans leur position initiale
. . o le pignon est désengagé
. . o le moteur du démarreur s’arrête
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Conversion d’énergie
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L’énergie électrique puisée exclusivement dans la batterie (~16 000 Joules) est transformée par le démarreur en énergie mécanique (~8 000 Joules).
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Rendement
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Le rendement du démarreur n’est pas parfait, une partie de l’énergie électrique est transformée en chaleur (pertes "cuivre" et "fer" - au niveau des enroulements du solénoïde et du rotor). Toute résistance électrique parasite, par exemple au niveau du retour de masse ou des connexions de puissance ou encore des cosses de la batterie, doit être aussi petite que possible, de manière à réduire les pertes par effet Joule (R.I² puisque I~300A).
 | Le démarreur est le plus gros consommateur d'énergie électrique (~300A) de nos 205. Son utilisation doit être ponctuelle (ne le sollicitez pas plus de 10s, en de rares occasions 30s). L'énergie consommée pour 30s d'activation est environ équivalente à 10min de feux de croisement. Par temps froid, il faudra plus de 30minutes pour restaurer le niveau d'énergie de la batterie... | |
Merci d'avoir eu la patience de lire ce "cours" jusqu'au bout et n'hésitez pas à me poser des questions si vous le voulez...
PLGJFL205
et infatigable 
