Dispositif de démarrage pour moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile

Abstract

 L'invention concerne un dispositif de démarrage pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, comportant :
- un lanceur agencé pour démarrer le moteur à combustion, notamment par l'intermédiaire d'une couronne,
- un moteur électrique agencé pour entraîner en rotation le lanceur, le moteur électrique comprenant :
i. un inducteur (3) comportant un bobinage (5) formé par une pluralité de bobines, l'une au moins des bobines (50) présentant une résistance électrique faible et au moins une autre bobine présentant une résistance électrique forte,
ii. un ensemble de contacteurs (55) agencé pour commander l'alimentation électrique d'une partie seulement des bobines (51 ; 52) avant de commander l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage d'inducteur.

Description

[0001] L'invention concerne notamment un dispositif de démarrage pour moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, et plus particulièrement un démarreur "compound", c'est-à-dire un démarreur composé d'un ensemble de bobines connectées en série avec l'induit et d'un ensemble de bobines connectées en parallèle avec l'induit (bobines shunts).

[0002] On connaît par le brevet FR 2 174 421 un contacteur électromagnétique pour démarreur électrique de véhicule automobile. Ce contacteur comprend un équipage mobile composé d'un noyau plongeur sur lequel est fixé une tige portant à l'une de ses extrémités une plaquette de contact montée coulissante. Cette plaquette est initialement en appui, notamment par l'action de ressorts, sur des contacts d'un circuit électrique comprenant une résistance de bobinage de sorte que, dans une première phase de démarrage, le démarreur tourne à faible vitesse. Dans une deuxième phase de démarrage, cette même plaquette de contact ferme un circuit électrique permettant au démarreur de délivrer son couple maximum.

[0003] Le brevet FR 2 827 341 décrit un contacteur électromagnétique avec une résistance de puissance pour permettre une pré-rotation du lanceur.

[0004] La demande de brevet FR 2 881 479 décrit un dispositif de commande d'un démarreur doté d'un moteur électrique. Celui-ci comprend un bobinage inducteur à quatre enroulements formant deux groupes en parallèle chacun de deux enroulements en série. Un interrupteur électromagnétique à action différée est prévu pour permettre, dans une première phase, l'activation seulement de l'un des groupes d'enroulements et, dans une deuxième phase, l'activation des deux groupes d'enroulements.

[0005] On a représenté sur la figure 2 différents éléments d'un dispositif de démarrage selon un état de la technique.

[0006] Parmi ces éléments, figure un contacteur principal P relié, d'une part, à une batterie 26 et, d'autre part, à un bobinage inducteur B formé par une pluralité de bobines en série. Ces bobines ont la même résistance électrique.

[0007] D'une manière générale, lors du démarrage (le contacteur P étant dans l'état ON comme illustré sur la courbe a/ de la figure 3), il se produit aux bornes de la batterie, pendant l'appel, une chute de tension (voir courbe b/ de la figure 3). Cette chute peut par exemple entraîner la tension jusqu'à une valeur en dessous de 9 Volts.

[0008] Toutefois il convient, dans certains cas, d'éviter un niveau de tension excessivement bas aux bornes de la batterie 26 car le réseau de bord du véhicule pourrait être affecté par cette tension trop basse.

[0009] L'invention vise notamment à limiter la chute de tension aux bornes de la batterie lors du démarrage sans pour autant dégrader la puissance mécanique délivrée par le dispositif de démarrage.

[0010] L'invention a ainsi pour objet un dispositif de démarrage pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, comportant :

• un lanceur agencé pour démarrer le moteur à combustion, notamment par l'intermédiaire d'une couronne,
• un moteur électrique agencé pour entraîner en rotation le lanceur, le moteur électrique comprenant :
  i. un inducteur ou stator comportant un bobinage formé par une pluralité de bobines, l'une au moins des bobines présentant une résistance électrique faible et au moins une autre bobine présentant une résistance électrique forte,

  ii. un ensemble de contacteurs agencé pour commander l'alimentation électrique d'une partie seulement des bobines avant de commander l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage d'inducteur.

[0011] De préférence, le bobinage d'inducteur comprend au moins une bobine à faible résistance électrique et des première et deuxième bobines à forte résistance, par exemple des premier et deuxième groupes de deux bobines (chacune sur un pôle) à forte résistance, et l'ensemble de contacteurs est agencé pour commander :

• dans une première phase, l'alimentation électrique de ladite au moins une bobine à faible résistance et de la première bobine à forte résistance électrique, ces bobines étant alors électriquement en série,
• dans une deuxième phase, l'alimentation électrique essentiellement de la bobine à faible résistance, voire l'alimentation électrique seulement de cette bobine à faible résistance.

[0012] Grâce à l'invention, il est possible de réduire fortement la chute de tension lors du pic initial de courant, évitant, le cas échéant, la mise en oeuvre de convertisseur électronique DC/DC coûteux, ou d'une batterie supplémentaire.

[0013] L'invention permet de bénéficier de résistances bobinées de puissance pour temporairement limiter l'appel de courant à un équivalent de tension par exemple égal à 9 Volts aux bornes de la batterie tout en ayant un niveau de couple impulsionnel suffisant à chaud.

[0014] Avantageusement l'ensemble de contacteurs est agencé pour commander :

• dans une troisième phase succédant aux première et deuxième phases, l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage d'inducteur.

[0015] De préférence, la machine comporte un induit ou rotor, et la ou les bobines à faible résistance sont électriquement en série à l'induit de la machine électrique

[0016] Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la machine comporte un induit ou rotor, et la ou les bobines d'inducteur à forte résistance sont électriquement en parallèle à l'induit de la machine électrique lorsque toutes les bobines du bobinage sont alimentées électriquement.

[0017] Avantageusement le bobinage d'inducteur comporte au moins deux bobines à faible résistance électrique.

[0018] De préférence, le bobinage d'inducteur présente deux paires de pôles magnétiques, et les pôles d'un type (par exemple Nord) sont formés par des bobines à faible résistance et les pôles d'un autre type (par exemple Sud) sont formés par des bobines à forte résistance électrique.

[0019] L'invention prévoit ainsi, selon l'un de ses aspects, un dispositif de démarrage avec un stator pourvu d'un ou de plusieurs pôles dits 'shunt' formés par deux sous-bobines à forte résistance de manière à alimenter dans un premier temps une partie seulement des enroulements de ces sous-bobines.

[0020] Ces parties d'enroulement 'shunt' à alimenter en premier doivent de préférence l'être en série avec l'induit et les pôles inducteur- série à faible résistance, puis doivent être connectés en série avec le reste des enroulements 'shunt' lorsque les bobinages série à faible résistance auront été alimentés par un contacteur dédié commandé avec un certain retard.

[0021] Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble de contacteurs comporte un contacteur principal et des premier et deuxième contacteurs auxiliaires.

[0022] De préférence, l'ensemble de contacteurs comporte au moins un contacteur commandable électriquement.

[0023] Avantageusement l'ensemble de contacteurs est agencé de manière à ce que le contacteur principal soit d'abord actionné, puis le premier contacteur auxiliaire et enfin le deuxième contacteur auxiliaire sont actionnés successivement.

[0024] Si on le souhaite, la bobine à faible résistance électrique comporte au moins un fil électrique présentant un méplat ou une section importante, sur au moins une portion de sa longueur. Eventuellement la bobine à faible résistance comporte un nombre faible de spires.

[0025] Par exemple, la bobine à forte résistance électrique comporte au moins un fil électrique présentant une section transversale plus petite que celle du fil ou des fils de la bobine à faible résistance. Ce fil électrique peut être fin. Eventuellement la bobine à forte résistance comporte un nombre élevé de spires.

[0026] Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la bobine à forte résistance électrique comporte un nombre de spires plus grand que pour la bobine à faible résistance.

[0027] Le cas échéant, le dispositif de démarrage est agencé pour redémarrer automatiquement le moteur à combustion.

[0028] L'invention a encore pour objet un procédé pour démarrer un moteur à combustion, notamment d'un véhicule automobile, à l'aide d'un dispositif de démarrage comportant un moteur électrique pourvu d'un inducteur avec un bobinage comprenant au moins une bobine à faible résistance électrique et des première et deuxième bobines à forte résistance, le procédé comportant les étapes suivantes :

• dans une première phase, permettre l'alimentation électrique de ladite au moins une bobine à faible résistance et de la première bobine à forte résistance électrique, ces bobines étant alors électriquement en série,
• dans une deuxième phase, permettre l'alimentation électrique essentiellement de la bobine à faible résistance.

[0029] Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante :

• dans une troisième phase succédant aux première et deuxième phases, permettre l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage.

[0030] La machine électrique est connectée à une batterie pour son alimentation électrique.

[0031] Lors du démarrage du moteur à combustion à l'aide du dispositif de démarrage, la tension aux bornes de la batterie chute tout en restant avantageusement au dessus de 9 Volts.

[0032] L'invention peut avoir trait à une machine de type 'compound' avec pôles (ou bobines) 'shunt' et pôles série.

[0033] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :

• la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif de démarrage conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention,
• la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, différents éléments d'un dispositif de démarrage selon l'état de la technique,
• la figure 3 montre deux courbes a/ et b/ illustrant, en fonction du temps, respectivement l'état du contacteur du dispositif de la figure 1, et l'évolution de la tension aux bornes de la batterie connectée à ce dispositif,
• la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, différents éléments d'un dispositif de démarrage selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention,
• la figure 5 montre des courbes a/ à d/ illustrant, en fonction du temps, respectivement l'état des contacteurs du dispositif de la figure 4, et l'évolution de la tension aux bornes de la batterie connectée à ce dispositif,
• la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, en perspective, le dispositif de la figure 4, et
• les figures 7 à 10 illustrent schématiquement différentes étapes de fonctionnement du dispositif de la figure 4.

[0034] On a représenté sur la figure 1 un dispositif de démarrage 1 pour moteur à combustion interne de véhicule automobile.

[0035] Ce dispositif 1 comprend un moteur électrique avec, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe X, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2.

[0036] Ce stator 3 comporte une culasse sur laquelle sont fixées une ou plusieurs pièces polaires 4 pour la mise en place d'un bobinage inducteur 5.

[0037] Ce bobinage 5 est décrit en détail plus bas.

[0038] Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7, et un bobinage d'induit 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7.

[0039] Ce bobinage d'induit 8 forme, de part et d'autre du corps de rotor 7, un chignon avant 9 et un chignon arrière 10.

[0040] Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs, formés dans l'exemple considéré par des fils, du bobinage d'induit 8.

[0041] Un groupe de balais 13 et 14 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage d'induit 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du dispositif 1 et un autre des balais 14 étant relié à un contacteur 17. Les balais sont par exemple au nombre de quatre.

[0042] Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation.

[0043] Le dispositif de démarrage 1 comporte en outre un lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2.

[0044] Un ensemble réducteur de vitesses 20 peut être interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18, de manière connue en soi.

[0045] Le lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par un pignon 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement 33 du moteur à combustion. Cet organe d'entraînement est par exemple une couronne dentée.

[0046] Le lanceur 19 comprend en outre une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27.

[0047] Cette fourchette 27 est réalisée par exemple par moulage d'une matière plastique.

[0048] La fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17 pour déplacer le lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, suivant l'axe X, entre une première position dans laquelle le lanceur 19 entraîne le moteur à combustion par l'intermédiaire du pignon 21, et une deuxième position dans laquelle le lanceur 19 est désengagé de la couronne dentée 33.

[0049] Le contacteur 17 comprend une borne 29 reliée via un élément de liaison électrique, notamment un fil 30, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie 26.

[0050] On va maintenant décrire plus en détail le bobinage inducteur 5.

[0051] Comme illustré sur la figure 4, le bobinage inducteur 5 comporte une pluralité de bobines dont des bobines 50 présentant une résistance électrique faible et des premier et deuxième groupes de bobines 51 et 52 présentant une résistance électrique forte.

[0052] Les bobines shunts 51 et 52 sont représentées figure 7 à 10 en deux parties ovales pour les spires nombreuses de faible section (fil rond) et forte résistance caractérisant les bobines shunts, et les bobines séries 50 rectangles pour les spires peu nombreuses de forte section (méplat de section rectangulaire) et faible résistance.

[0053] Les bobines shunts 51 et 52 sont connectées à la masse 0 V en parallèle de l'induit 2, et les bobines série 50 connectées en série avec l'induit 2.

[0054] Pour 4 pôles, les deux groupes de bobines 50, 51 et 52 qui se distinguent par une différence de résistance électrique très marquée : l'enroulement série à faible résistance, et l'enroulement parallèle (ici double) à forte résistance à des fins de protection thermique. Ce dernier bobinage 51 et 52 ne pouvant naturellement pas bénéficier de la FEM de l'induit 2 lors de la rotation du moteur pour réduire son courant, puisqu'il n'est justement pas en série avec l'induit 2.

[0055] Une valeur de résistance faible peut par exemple être comprise entre environ 2 à 20 milli- Ohm, et une valeur de forte résistance forte peut par exemple être comprise entre 30 et 300 milli- Ohm, pour par exemple des démarreurs de 12 V.

[0056] Le bobinage inducteur 5 forme deux paires de pôles magnétiques Nord et Sud, et les pôles Nord sont formés par des bobines 50 à faible résistance et les pôles Sud sont formés par des bobines 51 et 52 à forte résistance électrique.

[0057] Le premier groupe de bobines 51, respectivement le deuxième groupe 52, comporte au moins une bobine 51 a, respectivement 52a, associée à l'un des pôles Sud et au moins une bobine 51 b, respectivement 52b, associée à l'autre des pôles Sud (voir figure 7).

[0058] L'ensemble 55 de contacteurs comporte un contacteur principal 60 et des premier et deuxième contacteurs auxiliaires 61 et 62.

[0059] Habituellement il n'y a qu'un seul contacteur 60 qui sert à tirer sur le levier 27, c'est le contacteur principal. Sur la figure 6 le contacteur principal 60 est le plus gros, car il doit être assez puissant pour pouvoir tirer le levier et pas seulement pousser un contact mobile, il est flanqué de deux contacteurs auxiliaires 61 et 62 plus petits.

[0060] Le contacteur principal 60, une fois activé, commande ensuite les contacteurs auxiliaires 61 puis 62, qui n'ont pour fonction que de modifier la topologie du circuit électrique, ce qui les différencie encore davantage du principal, qui a pour fonctions de modifier cette topologie, mais aussi, principalement, d'actionner le levier et le lanceur du démarreur avec son pignon.

[0061] Ces contacteurs 60 à 62 comportent chacun un contacteur 63 et un enroulement de commande 64 de manière à être commandables électriquement.

[0062] L'ensemble 55 de contacteurs est agencé de manière à ce qu'un courant passant dans l'enroulement 64 du premier contacteur auxiliaire 61 puisse servir à commander l'actionnement du deuxième contacteur auxiliaire 62 avec un retard lié à la constante de temps caractéristique du contacteur 61.

[0063] L'ensemble 55 de contacteurs est agencé de manière à ce que le contacteur principal 60 soit d'abord actionné, puis le premier contacteur auxiliaire 61 et enfin le deuxième contacteur auxiliaire 62 sont actionnés successivement.

[0064] On a représenté sur la figure 6 un exemple de disposition des contacteurs 60 à 62, avec les contacteurs auxiliaires 61 et 62 placé de part et d'autre du contacteur principal 60.

[0065] On va maintenant décrire en référence aux figures 7 à 10 différentes étapes de fonctionnement du dispositif de démarrage 1 pour un démarrage du moteur à combustion.

Etape 1 (figure 7)

[0066] Les contacteurs 60 à 62 sont initialement désactivés (la bobine 52 n'est pas alimentée dans cette étape).

Etape 2 (figure 8)

[0067] Il se produit, par commande du contacteur principal 60, les contacteurs auxiliaires 61 et 62 étant maintenus désactivés, l'alimentation électrique des bobines 50 à faible résistance et des bobines 51 a et 51 b du premier groupe 51 de bobines à forte résistance électrique, ces bobines étant alors toutes électriquement en série.

Etape 3 (figure 9)

[0068] Il se produit, par actionnement des contacteurs 60 et 61, l'alimentation électrique essentiellement des bobines 50 à faible résistance, voire l'alimentation électrique seulement de ces bobines 50 à faible résistance, à l'exclusion des bobines à fortes résistance.

Etape 4 (figure 10)

[0069] Dans cette phase succédant aux phases précédentes, il se produit, par actionnement des trois contacteurs 60 à 62, l'alimentation électrique de toutes les bobines 50, 51 et 52 du bobinage inducteur 5.

[0070] Les bobines d'inducteur à forte résistance 51 et 52 sont alors électriquement en parallèle avec l'induit de la machine électrique lorsque toutes les bobines du bobinage sont alimentées électriquement.

[0071] Les bobines à faible résistance 51 et 52 sont électriquement en série avec l'induit 2 de la machine électrique

[0072] La machine électrique est connectée à une batterie 26 pour son alimentation électrique.

[0073] Lors du démarrage du moteur à combustion à l'aide du dispositif de démarrage 1, la tension aux bornes de la batterie chute tout en restant avantageusement au dessus de 9 Volts.

[0074] Dans un exemple de mise en oeuvre non illustré, il est possible de remplacer chaque groupe de bobines à forte résistance, réparties sur plusieurs pôles, par une seule bobine à forte résistance et localisée sur un seul pôle. Le fonctionnement revient alors à alimenter en 'shunt' un pôle puis les deux.

Revendications

1. Dispositif de démarrage (1) pour moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, comportant :

- un lanceur (19) agencé pour démarrer le moteur à combustion, notamment par l'intermédiaire d'une couronne (33),

- un moteur électrique (2, 3) agencé pour entraîner en rotation le lanceur, le moteur électrique comprenant :

i. un inducteur (3) comportant un bobinage (5) formé par une pluralité de bobines, l'une au moins des bobines (50) présentant une résistance électrique faible et au moins une autre bobine présentant une résistance électrique forte,

ii. un ensemble de contacteurs (55) agencé pour commander l'alimentation électrique d'une partie seulement des bobines (51 ; 52) avant de commander l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage d'inducteur.

2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le bobinage d'inducteur comprend au moins une bobine à faible résistance électrique et des première et deuxième bobines à forte résistance et l'ensemble de contacteurs est agencé pour commander :

- dans une première phase (figure 8), l'alimentation électrique de ladite au moins une bobine à faible résistance (50) et de la première bobine à forte résistance électrique, ces bobines étant alors électriquement en série,

- dans une deuxième phase (figure 9), l'alimentation électrique essentiellement de la bobine à faible résistance, voire l'alimentation électrique seulement de cette bobine à faible résistance.

3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'ensemble de contacteurs est agencé pour commander :

- dans une troisième phase (figure 10) succédant aux première et deuxième phases, l'alimentation électrique de toutes les bobines (50-52) du bobinage d'inducteur.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le moteur électrique comportant un induit ou rotor, caractérisé par le fait que la ou les bobines à faible résistance (51 ; 52) sont électriquement en série à l'induit de le moteur électrique.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le moteur électrique comportant un induit ou rotor, caractérisé par le fait que la ou les bobines d'inducteur à forte résistance (50) sont électriquement en parallèle à l'induit de le moteur électrique lorsque toutes les bobines du bobinage sont alimentées électriquement.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bobinage d'induction présente deux paires de pôles magnétiques, et les pôles d'un type sont formés par des bobines à faible résistance et les pôles d'un autre type sont formés par des bobines à forte résistance électrique (51 ; 52).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble de contacteurs comporte un contacteur (60) principal et des premier et deuxième contacteurs auxiliaires (61 ; 62).

8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'ensemble de contacteurs est agencé de manière à ce que le contacteur principal (60) soit d'abord actionné, puis le premier contacteur auxiliaire (61) et enfin le deuxième contacteur auxiliaire (62) sont actionnés successivement.

9. Procédé pour démarrer un moteur à combustion, notamment d'un véhicule automobile, à l'aide d'un dispositif de démarrage comportant un moteur électrique pourvu d'un inducteur avec un bobinage comprenant au moins une bobine à faible résistance électrique et des première et deuxième bobines à forte résistance, le procédé comportant les étapes suivantes :

- dans une première phase (figure 8), permettre l'alimentation électrique de ladite au moins une bobine à faible résistance (50) et de la première bobine à forte résistance électrique, ces bobines étant alors électriquement en série,

- dans une deuxième phase (figure 9), permettre l'alimentation électrique essentiellement de la bobine à faible résistance.

10. Procédé selon la revendication précédente, comportant l'étape suivante :

- dans une troisième phase (figure 10) succédant aux première et deuxième phases, permettre l'alimentation électrique de toutes les bobines du bobinage.

11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, lors du démarrage du moteur à combustion à l'aide du dispositif de démarrage, la tension aux bornes de la batterie est supérieure à 9 Volts.

Dessins