EP1108139B1 - Procede d'entrainement progressif d'un contacteur du demarreur de vehicule automobile - Google Patents

Procede d'entrainement progressif d'un contacteur du demarreur de vehicule automobile Download PDF

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EP1108139B1
EP1108139B1 EP00946032A EP00946032A EP1108139B1 EP 1108139 B1 EP1108139 B1 EP 1108139B1 EP 00946032 A EP00946032 A EP 00946032A EP 00946032 A EP00946032 A EP 00946032A EP 1108139 B1 EP1108139 B1 EP 1108139B1
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EP
European Patent Office
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phase
core
effective current
during
winding
Prior art date
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EP00946032A
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German (de)
English (en)
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EP1108139A1 (fr
Inventor
Gérard Vilou
Régis MAILLET
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2300/00—Control related aspects of engine starting
    • F02N2300/10—Control related aspects of engine starting characterised by the control output, i.e. means or parameters used as a control output or target
    • F02N2300/108—Duty cycle control or pulse width modulation [PWM]

Definitions

  • the present invention relates to methods and devices for control of motor vehicle starters, and more specifically to the methods and devices for driving the core of the contactor of these starters.
  • a motor vehicle starter conventionally comprises a contactor 2 as well as an electric motor M whose output shaft carries a pinion 1.
  • the pinion 1 is intended to cooperate with the gear of the starter ring C of the heat engine. he is sliding on the motor shaft M between a position where it is disengaged from said starter ring and a position where it meshes with it.
  • Contactor 2 extends parallel to the electric motor M above of the latter and comprises a coil 2a and a plunger core 2b.
  • the contactor 2 also controls the movement of the pinion 1. Its plunger core 2b is therefore connected to the pinion 1 by means mechanical referenced by 4 as a whole.
  • This launcher comprises a freewheel interposed axially between a hub and pinion 1.
  • the hub has internal splines helical in complementary engagement with teeth external helicals carried locally by the motor output shaft electric M.
  • the fork is pivotally mounted between its two ends on a casing internally containing the mechanical means 4 and carrying the motor M and the contactor 2.
  • the starter with its pinion 1 is animated by a helical movement when it is moved by the fork for engage the starter ring.
  • This support has a shaped section of U to accommodate the winding 2a and therefore has a bottom constituting a 2C bearing.
  • the core 2b is therefore intended to move between a rest position and a contact position in which it is supported on the fixed core, this closed position of the magnetic circuit having place after closing of the moving contact 3 and therefore of the electrical circuit.
  • the mechanical means also include a return spring mounted around the core 2b to recall the latter in the rest position, a cut-off spring associated with the moving contact 3 to recall the latter in open position and a spring 5, said tooth-to-tooth spring, housed at the interior of the core 2b and engaged with a first rod connected by an axis at the upper end of the fork for coupling it to the core 2b.
  • This spring 5 has a greater stiffness than the return spring.
  • the fork is therefore inserted at its upper end between the core 2b and the axis.
  • the first rod mounted inside a blind hole in the core 2b, is intended after a determined race to come into engagement with a second rod secured to the movable contact 3 and slidably mounted at inside the fixed core.
  • the contact 3 In the closed position the contact 3 cooperates with a fixed contact, in the form of pads connected respectively to the terminal positive of the battery and the electric motor M, thus allowing the electric motor supply.
  • the studs are integral with the closure cover of the contactor insulating material.
  • the pinion 1 can therefore come into engagement with the crown C, that is to say come into engagement position with crown C, before contact mobile is closed.
  • the mechanical means 4 include in particular a spring 5 which is mechanically interposed between the plunger core 2b and the pinion 1 and which allows the plunger core 2b to continue its course to ensure, before it comes into contact with the fixed core, putting the closed position of the movable contact, even if the pinion 1 is blocked in abutment against the teeth of the crown of the engine, in a position where it does not mesh with this crown.
  • a coil B controls both a contactor K and the advancement of a pinion not represented.
  • Coil B is supplied via a transistor T in pulse mode, of the pulse width modulation type or "Pulse Width Modulation” (PWM), in French, the transistor being controlled by a microcontroller 10.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • This process also aims to reduce the speed of impact of the pinion against the crown to reduce front wear.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks of simple and economical way.
  • a process of the above-mentioned type is characterized in only during the second phase, when the mobile core is not in contacting position, after a determined time, predetermined, a continuous increase in effective intensity.
  • a device of the above-mentioned type is characterized in which during the second phase, it is planned to implement, after a predetermined or predetermined time, a continuous increase in effective intensity.
  • the contactor has a simple shape and a sudden displacement of the nucleus from its rest position to its position activation is avoided.
  • the increase progressive effective intensity allows, on the one hand, to compress gradually the spring, teeth against teeth 5, and, on the other hand, the closing of the contactor to supply the electric motor in the case accident where the contactor could not have been closed before.
  • the coming into abutment contact of the pinion with the crown of start-up is carried out, either before increasing the intensity, or after increasing the intensity and before closing the moving contact, in so that we start the electric motor from zero speed in this stop contact position, which facilitates the penetration of the pinion in the crown while reducing wear.
  • the solution according to the invention is therefore reliable and makes it possible to increase the starter life thanks in particular to reduced wear.
  • the solution is economical because the contactor can have only one winding.
  • measurements can be made during the first phase.
  • This first phase can be broken down into two intervals at know a first high effective current interval followed by a second current interval lower than that of the second phase.
  • this second interval is carried out at zero current for better measurement accuracy.
  • the nucleus can take off with more weak stroke, the intensity during the first interval of this first phase being close to the intensity necessary to make the core take off and being performed with a shorter time.
  • the limited separation of the core makes it possible to further reduce the shocks brutal displacement, and reduce energy consumption.
  • the winding has a double function because, after a third interval of the second phase, during which we increase the intensity of the effective current, it allows after rotation of the motor electric to keep the moving contact closed during a third phase.
  • the time is determined according to abnormal values which are occur in the event of the mobile contact not closing.
  • the time is determined depending for example on the voltage of the battery or winding temperature.
  • the time is easily predetermined for the increase continuous intensity only occurs when necessary, i.e. for keep this time as short as possible and cover the majority of cases normal operating conditions.
  • the plunger core 2b is arranged in the bearing 2C according to a sliding relation which is modulated by the presence of a lubricant ensuring a sealing and braking role.
  • the core 2b is therefore a mobile core.
  • the core has, in its rest position, an adhesive force to the pad Fa which opposes its setting in motion.
  • this force Fa disappears in favor of a force of friction Ff, which is much lower than Fa (of the order of 20 to 40% inferior).
  • the duty cycle is varied during the displacement of the nucleus according to the evolution represented in FIG. 3 and this after a time predetermined or determined.
  • the core call period is broken down into two phases main ones, the second of which is broken down into three sub-phases. We will describe now these two main phases.
  • the second phase takes place between time t 1 and time t 3 .
  • the transistor T 1 controls the contactor according to a duty cycle having a value R2 substantially equal to 50%, so that the effective current in the coil 2a is significantly reduced compared to that obtained during the first phase, just sufficient to overcome the residual friction forces Ff after takeoff from the core 2b.
  • the core 2b therefore continues its movement until the contactor closes, without brutality and without excessive speed.
  • an abutment contact is obtained between the pinion 1 and the start-up ring between times t1 and t2.
  • the microcontroller 10 is connected by one of its inputs to a temperature sensor placed inside contactor 2a at near the winding 2b and is also connected by a second input to the starter supply terminals.
  • the microcontroller 10 takes signals from these two inputs representative of the temperature T of the contactor therefore of the coil 2a and of the supply voltage U at the starter input.
  • the starter supply voltage is variable depending on the state of charge of the vehicle battery and the temperature. Indeed, the temperature of the coil 2a directly conditions its resistance. However, the average current obtained for a given duty cycle, directly depends of the voltage available across the starter - therefore across the battery - and the resistance of the coil 2a.
  • the microcontroller 10 has a memory in which is recorded a digital table matching for an intensity desired efficiency, the duty cycle R2 to be adopted according to the starter supply voltage and coil temperature.
  • R2 is of the order of 0.4 to 0.6 at a temperature of 20 °.
  • the effective intensity is substantially constant in this first interval.
  • the microcontroller 10 automatically adopts a ratio cyclic R2 as a function of the supply voltage across the starter and winding resistance (itself dependent on the temperature).
  • the voltage U and temperature T measurements are advantageously carried out before implementation of the first phase described above, when the starter is activated.
  • the microcontroller 10 implements an increase continuous and progressive of the cyclic ratio, going from the R2 ratio to find the R1 ratio or alternatively a ratio greater than R1.
  • This interval has a duration of approximately 20 to 50 ms and makes it possible to ensure, by the progressive increase in the effective intensity, the closing of the contactor, in an accidental case where the contactor could not have been closed between t1 and t2.
  • Such an accidental case can occur in particular if abnormally high friction forces take place in the contactor, in the mechanical means 4 and at the level of the motor shaft M. These abnormal forces are due for example to climatic phenomena, expansion, seizure, the presence of dirt impurities and all other stains, in particular at the splines of the shaft of the electric motor and the joints of the fork.
  • the teeth spring is compressed against teeth 5 to allow the plunger core 2b to come into contact mobile 3 to power the electric motor and rotate the sound shaft in order to ensure penetration of the pinion into the crown and therefore a meshing of the pinion with the crown.
  • this time is determined for example as a function of the battery voltage or winding temperature 2a, these quantities being influenced by the non-closing of the movable contact generating abnormal values.
  • the duty cycle is maintained at R1 or at a value greater than R1 for approximately 5 to 30 ms.
  • This phase with high duty cycle starts when the moving contact 3 closes and maintains the core 2b in its contacting position (movable contact 3 closed) with a high attraction force which avoids rebounds of the core movable 2b against a stop usually formed by another core, fixed that one.
  • This third interval t3, t4 lasts long enough to ability to absorb current spikes due to engine starting thermal by the electric motor M, which according to a characteristic of the invention is not piloted.
  • the rms current is weaker in this third phase than in the other two phases.
  • the microcontroller can be mounted on a support, such as a card, in the starter, specifically be mounted in the vicinity of the winding 2a in the space between the movable contact 3 and the cover (not referenced in FIG. 1) carrying the fixed contacts.
  • the duty cycle R'1 is 100%. In the second interval the duty cycle is less than the duty cycle R2.
  • the duty cycle in the second interval of the first phase is zero for better accuracy of the measured.
  • the effective current during the first interval of the first phase is lower than that of Figure 3 by being close to this one. This effective current is therefore higher than that of the second cyclic ratio phase R2.
  • the duration t 'of the first interval is less than the duration t1.
  • the duration t'-t'1 of the second interval is greater than the duration t 'of the first interval. This duration here is more than double that of the first interval and allows a good measurement before the start of the second phase.
  • the time t ' is 3 ms and the time of the second interval t'1-t 'of 7 ms.
  • the current at the end of phase 1 is approximately 3A lower than that of Figure 3.
  • the device and method proposed here therefore make it possible to optimize the progressive movement of the movable core 2b and the pinion 1.
  • the separation of the core is less brutal and is better controlled, the first interval of the second phase occurring at substantially constant effective intensity.
  • the microcontroller 10 As will be understood by placing the microcontroller 10 on a card in the aforementioned manner in the vicinity of the winding 2a it is possible measure its temperature by mounting a resistor on the card connected to the microcontroller and variable depending on the temperature by example with positive or negative temperature coefficient.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'alimentation d'une bobine d'entraînement d'un noyau mobile de contacteur de démarreur électrique de véhicule automobile, dans lequel on fait varier le courant efficace dans la bobine au cours du déplacement du noyau vers sa position de contactage, et dans lequel on adopte au cours de ce déplacement une première phase d'entraînement à courant efficace suffisamment élevé pour mettre le noyau en mouvement, puis, une seconde phase d'entraînement à courant efficace plus faible, dans laquelle on met en oeuvre après un temps déterminé ou prédéterminé un accroissement continu de l'intensité efficace.

Description

La présente invention est relative aux procédés et aux dispositifs de commande de démarreurs de véhicules automobiles, et plus précisément aux procédés et dispositifs d'entraínement du noyau du contacteur de ces démarreurs.
Tel qu'illustré sur la figure 1, un démarreur de véhicule automobile comporte classiquement un contacteur 2 ainsi qu'un moteur électrique M dont l'arbre de sortie porte un pignon 1. Le pignon 1 est destiné à coopérer avec l'engrenage de la couronne de démarrage C du moteur thermique. Il est coulissant sur l'arbre du moteur M entre une position où il est désengagé par rapport à ladite couronne de démarrage et une position où il engrène avec celle-ci.
Le contacteur 2 s'étend parallèlement au moteur électrique M au-dessus de celui-ci et comporte un bobinage 2a et un noyau plongeur 2b.
Il assure la commande de l'alimentation du moteur électrique M par déplacement d'un contact mobile 3 entre une position d'ouverture et une position de fermeture, ledit contact 3 étant poussé par ledit noyau plongeur 2b mobile axialement par rapport au moteur électrique M lorsque le bobinage 2a est activé.
Le contacteur 2 commande également le déplacement du pignon 1. Son noyau plongeur 2b est pour cela relié au pignon 1 par des moyens mécaniques référencés par 4 dans leur ensemble.
Ces moyens mécaniques comportent une fourchette attelée à son extrémité supérieure au noyau plongeur 2b et à son extrémité inférieure avec un lanceur auquel appartient le pignon 1.
Ce lanceur comporte une roue libre intercalée axialement entre un moyeu et le pignon 1. Le moyeu est doté intérieurement de cannelures hélicoïdales en prise de manière complémentaire avec des dentures hélicoïdales externes portées localement par l'arbre de sortie du moteur électrique M.
La fourchette est montée de manière pivotante entre ses deux extrémités sur un carter contenant intérieurement les moyens mécaniques 4 et portant le moteur M et le contacteur 2. Le lanceur avec son pignon 1 est animé d'un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est déplacé par la fourchette pour venir en prise avec la couronne de démarrage.
Ceci est réalisé en alimentant le bobinage 2a suite à un actionnement de la clef de contact ce qui permet de mettre en mouvement le noyau plongeur 2b attiré alors en direction d'un noyau fixe monté à l'extrémité d'un support du bobinage 2a. Ce support a une section en forme de U pour loger le bobinage 2a et comporte donc un fond constituant un coussinet 2C. Le noyau 2b est donc destiné à se déplacer entre une position de repos et une position de contactage dans laquelle il est en appui sur le noyau fixe, cette position de fermeture du circuit magnétique ayant lieu après fermeture du contact mobile 3 et donc du circuit électrique.
Les moyens mécaniques comportent également un ressort de rappel monté autour du noyau 2b pour rappeler celui-ci en position de repos, un ressort de coupure associé au contact mobile 3 pour rappeler celui-ci en position d'ouverture et un ressort 5, dit ressort dents contre dents, logé à l'intérieur du noyau 2b et en prise avec une première tige reliée par un axe à l'extrémité supérieure de la fourchette pour attelage de celle-ci au noyau 2b. Ce ressort 5 a une plus forte raideur que le ressort de rappel.
La fourchette est donc intercalée à son extrémité supérieure entre le noyau 2b et l'axe. La première tige, montée à l'intérieur d'un trou borgne du noyau 2b, est destinée après une course déterminée à venir en prise avec une deuxième tige solidaire du contact mobile 3 et montée coulissante à l'intérieur du noyau fixe. En position de fermeture le contact 3 coopère avec un contact fixe, sous forme de plots reliés respectivement à la borne positive de la batterie et au moteur électrique M, permettant ainsi l'alimentation du moteur électrique.
Les plots sont solidaires du capot de fermeture du contacteur en matière isolante.
Tous ces éléments sont représentés à la figure 1 et n'ont pas été référencés par simplicité.
Le pignon 1 peut donc venir en prise avec la couronne C, c'est-à-dire venir en position d'engrènement avec la couronne C, avant que le contact mobile ne soit fermé.
Le plus souvent le pignon 1 vient axialement en contact de butée avec des dents de la couronne C avant de pénétrer dans celle-ci.
Ainsi les moyens mécaniques 4 comportent notamment un ressort 5 qui est mécaniquement interposé entre le noyau plongeur 2b et le pignon 1 et qui permet au noyau plongeur 2b de poursuivre sa course pour assurer, avant son contact avec le noyau fixe, la mise en position de fermeture du contact mobile, même si le pignon 1 est bloqué en butée contre les dents de la couronne du moteur thermique, dans une position où il n'engrène pas avec cette couronne.
Néanmoins, compte tenu de la rapidité du mouvement du noyau mobile 2b et de l'élasticité des moyens mécaniques de liaison 4, due notamment à la présence du ressort 5, il peut exister des déphasages importants entre la fermeture du contact 3 et la translation du pignon 1. Particulièrement à basse température, on peut constater une rotation du moteur électrique M et donc du pignon 1 avant que ce dernier n'ait eu le temps de pénétrer dans la couronne. Le moteur électrique M étant alimenté sous pleine tension, la vitesse du pignon 1 croít très rapidement, empêchant ainsi l'engrènement du pignon dans la couronne. Il s'ensuit une rapide destruction de la couronne et du pignon.
Dans le document FR-A-2 679 717, on a proposé de pallier cet inconvénient d'alimenter le contacteur par un courant, pulsé variable.
En référence à la figure 2, dans ce type de disposition, une bobine B commande à la fois un contacteur K et l'avancement d'un pignon non représenté. La bobine B est alimentée par l'intermédiaire d'un transistor T en mode impulsions, de type à modulation de largeur d'impulsions ou « Pulse Width Modulation « (PWM), en français, le transistor étant piloté par un micro-contrôleur 10.
On augmente progressivement un rapport cyclique des pulsations pour obtenir un courant efficace dans la bobine qui augmente de façon progressive. On souhaite, de cette façon, que le noyau mobile commence à se déplacer avec un minimum de force d'attraction magnétique et donc une accélération minimale, de façon à éviter un déphasage entre le mouvement du noyau et celui du pignon précédemment décrit.
Ce procédé vise également à réduire la vitesse d'impact du pignon contre la couronne pour réduire l'usure frontale de celle-ci.
Néanmoins il ne permet pas d'éviter un déplacement brutal du noyau de sa position de repos vers sa position d'activation.
Pour réduire encore cette vitesse d'impact on a proposé dans le document US-A-4 418 289, conforme au préambule de la revendication 1, un procédé d'alimentation d'une bobine d'entraínement d'un noyau mobile de contacteur de démarreur électrique de véhicule automobile, dans lequel on fait varier le courant efficace dans la bobine au cours du déplacement du noyau vers sa position de contactage, et dans lequel on adopte au cours de ce déplacement :
  • une première phase d'entraínement à courant efficace suffisamment élevé pour mettre le noyau en mouvement, puis,
  • une seconde phase d'entraínement à courant efficace plus faible.
Ce document propose également un dispositif pour la commande de l'alimentation d'une bobine d'entraínement d'un noyau mobile de contacteur de démarreur de véhicule automobile, prévu pour faire varier le courant efficace dans la bobine au cours du déplacement du noyau vers sa position de contactage, dans lequel il est prévu pour mettre en oeuvre au cours de ce déplacement :
  • une première phase d'entraínement à courant efficace suffisant pour mettre en mouvement le noyau, puis,
  • une seconde phase d'entraínement à courant efficace plus faible.
En pratique il est prévu dans la seconde phase d'alimenter le moteur électrique pour le faire tourner à vitesse réduite grâce à un disque supplémentaire, à des contacts supplémentaires et à une résistance supplémentaire intégrés au contacteur. Cette deuxième phase se termine à la fermeture du contact mobile, qui alors coopère avec le contact fixe pour alimenter le moteur électrique à pleine puissance.
Cette solution n'est pas entièrement satisfaisante car elle complique la réalisation du contacteur.
En outre elle n'est pas entièrement fiable car par exemple le lanceur, et donc le pignon peuvent être bloqués.
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients de manière simple et économique.
Suivant l'invention un procédé du type sus-indiqué est caractérisé en ce que durant la seconde phase, lorsque le noyau mobile n'est pas en position de contactage, on met en oeuvre, après un temps déterminé ou prédéterminé, un accroissement continu de l'intensité efficace.
Suivant l'invention un dispositif du type sus-indiqué est caractérisé en ce que durant la deuxième phase, il est prévu de mettre en oeuvre, après un temps déterminé ou prédéterminé, un accroissement continu de l'intensité efficace.
Grâce à l'invention le contacteur a une forme simple et un déplacement brutal du noyau, de sa position de repos vers sa position d'activation, est évité.
En effet l'intensité efficace dans le premier intervalle de la seconde phase est inférieure à celle de départ de la solution du document FR-A-2 679 717 puisque le noyau a déjà décollé. Ainsi on réduit les bruits et la solution est sûre.
En effet, après un temps déterminé ou prédéterminé, l'accroissement progressif de l'intensité efficace permet, d'une part, de comprimer progressivement le ressort, dents contre dents 5, et, d'autre part, la fermeture du contacteur pour alimenter le moteur électrique dans le cas accidentel où le contacteur n'aurait pas pu être fermé auparavant.
Ainsi dans le cas accidentel où des forces de frottement anormalement élevées prennent place dans le contacteur, dans les moyens mécaniques ou au niveau de l'arbre du moteur électrique on assure au-delà d'un temps prédéterminé ou déterminé la fermeture du contacteur.
De tels cas peuvent se produire suite à des conditions climatiques particulières, à des grippages, notamment lorsque le véhicule a été immobilisé longtemps. Des poussières, des saletés peuvent se déposer au niveau de la fourchette et de l'arbre du moteur électrique et donc gêner le déplacement du pignon.
Grâce à l'invention on peut néanmoins déplacer le lanceur et son pignon.
De plus la venue en contact de butée du pignon avec la couronne de démarrage est réalisée, soit avant accroissement de l'intensité, soit après accroissement de l'intensité et avant la fermeture du contact mobile, en sorte que l'on met en route le moteur électrique à partir d'une vitesse nulle dans cette position de contact de butée, ce qui facilite la pénétration du pignon dans la couronne tout en réduisant donc les usures.
La solution selon l'invention est donc fiable et permet d'augmenter la durée de vie du démarreur grâce notamment à une réduction des usures.
En outre on réduit la consommation d'énergie et les bruits. La solution est économique car le contacteur peut ne présenter qu'un seul bobinage.
Grâce à l'invention on peut réaliser des mesures lors de la première phase. Cette première phase peut être décomposée en deux intervalles à savoir un premier intervalle à courant efficace élevé suivi d'un deuxième intervalle à courant plus faible que celui de la deuxième phase.
De préférence ce deuxième intervalle est réalisé à courant nul pour une meilleure précision de la mesure.
Ainsi on peut mesurer la tension de la batterie durant la première phase. Lors de cette première phase le noyau peut décoller avec une plus faible course, l'intensité durant le premier intervalle de cette première phase étant voisine de l'intensité nécessaire pour faire décoller le noyau et étant réalisée avec un temps plus court.
Si des problèmes se posent par la suite, non décollement du noyau, non fermeture du contacteur par exemple, grâce à l'accroissement continu de l'intensité efficace selon l'invention ces problèmes seront résolus.
Le décollement limite du noyau permet de diminuer encore les chocs les déplacements brutaux, et de réduire la consommation d'énergie.
Grâce à l'invention le bobinage a une double fonction car, après un troisième intervalle de la deuxième phase, lors duquel on augmente l'intensité du courant efficace, il permet après mise en rotation du moteur électrique de maintenir fermé le contact mobile durant une troisième phase.
On appréciera que le moteur électrique ne tourne qu'après venue en butée du pignon avec la couronne, en sorte que le pignon peut pénétrer plus facilement dans la couronne et que les usures sont réduites.
Grâce à l'invention dans la première phase, on peut être à la limite du décollement du noyau en sorte que le mouvement de celui-ci est encore moins brutal.
Le temps est déterminé en fonction de valeurs anormales qui se produisent en cas de non fermeture du contact mobile.
Le temps est déterminé en fonction par exemple de la tension de la batterie ou de la température du bobinage.
Le temps est prédéterminé aisément pour que l'accroissement continu de l'intensité ne se produise qu'en cas de besoin, c'est-à-dire pour que ce temps soit le plus court possible et englobe la majorité des cas normaux de fonctionnement.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles :
  • la figure 1 représente un démarreur de véhicule automobile conforme à l'état de la technique ;
  • la figure 2 représente un montage d'alimentation d'un contacteur de démarreur conforme à l'état de la technique ;
  • la figure 3 est un tracé représentant l'évolution d'un rapport cyclique de tension d'alimentation d'une bobine de contacteur, selon l'invention ;
  • la figure 4 est une vue partielle analogue à la figure 3 pour un autre exemple de réalisation.
Tel qu'illustré sur la figure 1, le noyau plongeur 2b est disposé dans le coussinet 2C selon une relation à coulissement qui est modulée par la présence d'un lubrifiant assurant un rôle d'étanchéité et de freinage. Le noyau 2b est donc un noyau mobile.
Le noyau présente, dans sa position de repos, une force d'adhérence au coussinet Fa qui s'oppose à sa mise en mouvement. Lorsque le noyau est mis en mouvement, cette force Fa disparaít au profit d'une force de frottement Ff, qui est nettement inférieure à Fa (de l'ordre de 20 à 40% inférieur).
La présence du lubrifiant n'élimine pas ces forces. Au contraire, par un effet de gommage du lubrifiant, celui-ci accentue encore le fait que la force d'adhérence Fa dépasse la force de frottement Ff. Le noyau mobile 2b reste au repos tant que la bobine 2a n'exerce pas une force motrice d'attraction Fm qui soit supérieure à Fa.
Pendant la mise en mouvement du noyau 2b, on augmente progressivement l'intensité efficace dans la bobine 2a. Les forces de retenue du noyau diminuent brusquement (de Fa à Ff) à la mise en mouvement du noyau, tandis que la force d'attraction Fm atteint déjà une valeur élevée au départ du noyau. Cette différence entre Fm et Ff induit donc au moment du déblocage du noyau une accélération brusque du noyau mobile de sorte que l'alimentation progressive ne produit donc pas les effets souhaités.
Ici on utilise un dispositif d'alimentation de la bobine 2a, dont le montage reste similaire à celui représenté sur la figure 1, et dans lequel on adopte là encore une alimentation de la bobine 2a selon une tension en créneau de type PWM.
On fait cependant varier le rapport cyclique au cours du déplacement du noyau selon l'évolution représenté à la figure 3 et ce après un temps prédéterminé ou déterminé.
Sur ce tracé, on a indiqué en abscisses des instants successifs au cours du déplacement du noyau, de sa position de repos initial (instant T0) à une position finale (« période d'appel du noyau ») où il se trouve en butée contre le noyau fixe et où il assure le contact, le contact mobile 3 étant alors fermé.
La période d'appel du noyau est décomposée en deux phases principales dont la seconde se décompose en trois sous-phases. On décrira maintenant ces deux phases principales.
Pendant la première phase allant de l'instant t0 à un instant t1, on adopte un rapport cyclique R1, voisin ou égal à 100% (le rapport cyclique est le ratio entre la durée de conduction du transistor T1 et la durée totale d'un cycle). Pendant cette phase, une intensité efficace élevée traverse la bobine 2a et le noyau 2b est soumis à une force d'attraction Fm suffisante à le décoller de sa position de repos et à le mettre en mouvement. Cette phase est brève, ici de l'ordre de 2 à 10 ms, pour ne produire une force d'attraction élevée sur le noyau que dans le but de décoller celui-ci.
La seconde phase se déroule entre l'instant t1 et un instant t3. Dans un premier intervalle de cette seconde phase, le transistor T1 commande le contacteur selon un rapport cyclique ayant une valeur R2 sensiblement égale à 50%, de sorte que le courant efficace dans la bobine 2a est nettement réduit par rapport à celui obtenu pendant la première phase, juste suffisant pour vaincre les forces de frottement Ff résiduelles après le décollage du noyau 2b. Pendant cet intervalle qui dure environ 30 à 60 ms, le noyau 2b poursuit donc son déplacement jusqu'à fermeture du contacteur, sans brutalité et sans vitesse excessive. Durant ce premier intervalle de la deuxième phase on obtient dans le cas général axialement un contact de butée entre le pignon 1 et la couronne de démarrage entre les temps t1 et t2.
Plus précisément, le micro-contrôleur 10 est relié par une de ses entrées à un capteur de température placé à l'intérieur du contacteur 2a au voisinage du bobinage 2b et est relié également par une seconde entrée aux bornes d'alimentation du démarreur.
Le micro-contrôleur 10 prélève sur ces deux entrées des signaux représentatifs de la température T du contacteur donc de la bobine 2a et de la tension d'alimentation U en entrée du démarreur.
La tension d'alimentation du démarreur est variable en fonction de l'état de charge de la batterie du véhicule et de la température. En effet, la température de la bobine 2a conditionne directement sa résistance. Or, le courant moyen obtenu pour un rapport cyclique donné, dépend directement de la tension disponible aux bornes du démarreur - donc aux bornes de la batterie - et de la résistance de la bobine 2a.
Ainsi, le micro-contrôleur 10, comporte une mémoire dans laquelle est enregistrée une table numérique faisant correspondre pour une intensité efficace souhaitée, le rapport cyclique R2 à adopter en fonction de la tension d'alimentation du démarreur et de la température de la bobine. En pratique, R2 est de l'ordre de 0,4 à 0,6 à une température de 20°.
L'intensité efficace est sensiblement constante dans ce premier intervalle.
Ainsi, le micro-contrôleur 10 adopte automatiquement un rapport cyclique R2 en fonction de la tension d'alimentation aux bornes du démarreur et de la résistance du bobinage (elle-même dépendant de la température). Les mesures de la tension U et de la température T sont réalisées avantageusement avant mise en oeuvre de la première phase décrite précédemment, au moment de l'activation du démarreur.
Dans un second intervalle de la seconde phase, qui s'écoule entre l'instant t2 et l'instant t3, et suivant l'invention après un temps prédéterminé ou en variante déterminé, le micro-contrôleur 10 met en oeuvre une augmentation continue et progressive du rapport cyclique, allant du rapport R2 pour retrouver le rapport R1 ou en variante un rapport supérieur à R1. Cet intervalle présente une durée d'environ 20 à 50 ms et permet d'assurer, par l'accroissement progressif de l'intensité efficace, la fermeture du contacteur, dans un cas accidentel où le contacteur n'aurait pas pu être fermé entre t1 et t2. Un tel cas accidentel peut se produire notamment si des forces de frottement anormalement élevées prennent place dans le contacteur, dans les moyens mécaniques 4 et au niveau de l'arbre du moteur M. Ces forces anormales sont dues par exemple à des phénomènes climatiques, de dilatation, de grippage, à la présence d'impuretés de saletés et de toutes autres souillures notamment au niveau des cannelures de l'arbre de moteur électrique et des articulations de la fourchette.
Durant ce deuxième intervalle on comprime le ressort dents contre dents 5 pour permettre au noyau plongeur 2b de venir actionner le contact mobile 3 pour alimenter le moteur électrique et effectuer une rotation de son arbre afin d'assurer une pénétration du pignon dans la couronne et donc un engrènement du pignon avec la couronne.
Bien entendu dans le cas où le contact mobile est fermé entre les temps t1 et t2, pignon engrenant avec la couronne 3, il n'y a pas lieu de réaliser l'accroissement continu de l'intensité car l'engrènement est réalisé avant un temps prédéterminé selon les applications. Dans 90% des cas le contact mobile est fermé avant ce temps prédéterminé le plus court possible pour englober les fonctionnements normaux.
En variante ce temps est déterminé par exemple en fonction de la tension de la batterie ou de la température du bobinage 2a, ces grandeurs étant influencées par la non fermeture du contact mobile engendrant des valeurs anormales.
Dans tous les cas dans un intervalle supplémentaire s'écoulant à la figure 3 entre l'instant t3 et un instant t4, le rapport cyclique est maintenu à R1 ou à une valeur supérieure à R1 pendant environ 5 à 30 ms. Cette phase à rapport cyclique élevé débute à la fermeture du contact mobile 3 et maintient le noyau 2b dans sa position de contactage (contact mobile 3 fermé) avec une force d'attraction élevée qui évite des rebonds du noyau mobile 2b contre une butée formée habituellement par un autre noyau, fixe celui-là. Ce troisième intervalle t3, t4 dure suffisamment longtemps pour pouvoir absorber les pointes de courant dues au démarrage du moteur thermique par le moteur électrique M, qui selon une caractéristique de l'invention est non piloté.
Suivant une caractéristique ce n'est donc qu'après mise en butée de la couronne avec le pignon qu'est réalisée l'augmentation du rapport cyclique.
Après le troisième intervalle on adopte dans une troisième phase un rapport cyclique R3 aux bornes de la résistance du bobinage 2a pour maintenir le contact mobile en position de fermeture.
Le courant efficace est plus faible dans cette troisième phase que dans les deux autres phases.
Ainsi qu'on l'aura compris et qu'il ressort de la description, un seul bobinage 2a est nécessaire et le micro-contrôleur peut être monté sur un support, tel qu'une carte, dans le démarreur, plus précisément être monté au voisinage du bobinage 2a dans l'espace compris entre le contact mobile 3 et le capot (non référencé à la figure 1) portant les contacts fixes.
Grâce à l'invention et à la modulation de largeur d'impulsion durant la première phase, plus précisément au début de celle-ci, on peut effectuer une mesure de courant et donc de la tension de la batterie sachant que, de manière précitée, le courant moyen obtenu pour un rapport cyclique donné dépend directement de la tension disponible aux bornes de la batterie.
A l'aide de la table numérique enregistrée dans le micro-calculateur 10 on adopte, après le départ du premier intervalle de la première phase, le rapport cyclique souhaité.
Ainsi à la figure 4 la première phase est décomposée en deux intervalles t0-t' et t'-t'1.
Dans le premier intervalle le rapport cyclique R'1 est de 100%. Dans le second intervalle le rapport cyclique est inférieur au rapport cyclique R2.
Avantageusement à la figure 4 le rapport cyclique dans le deuxième intervalle de la première phase est nul pour une meilleure précision de la mesure. En pratique le courant efficace durant le premier intervalle de la première phase est moins élevé que celui de la figure 3 en étant voisin de celui-ci. Ce courant efficace est donc plus élevé que celui de la deuxième phase à rapport cyclique R2.
La durée t' du premier intervalle est inférieure à la durée t1.
La durée t'-t'1 du deuxième intervalle est supérieure à la durée t' du premier intervalle. Cette durée est ici plus du double de celle du premier intervalle et permet d'effectuer une bonne mesure avant le commencement de la deuxième phase.
Par exemple pour un temps de t1 de 4ms, le temps t' est de 3ms et le temps du deuxième intervalle t'1-t ' de 7ms.
Le courant en fin de la phase 1 est environ inférieur de 3A à celui de la figure 3.
A la figure 4 le déplacement du noyau dans la phase 1 est moins de la moitié de celui de la figure 1.
Avec le rapport R', on est au voisinage de la limite de décollement du noyau. Bien entendu à la figure 4 par simplicité on n'a pas représenté les autres intervalles de la deuxième et troisième phase.
Le dispositif et le procédé proposés ici permettent donc d'optimiser la progressivité du mouvement du noyau mobile 2b et du pignon 1. On obtient ainsi une augmentation de la durée de vie du pignon 1 et de la couronne d'entraínement ainsi qu'une réduction notable du bruit créé par l'impact du pignon contre la couronne.
Même si le noyau ne décolle pas durant les deux premières phases, on peut faire décoller celui-ci. Le moteur électrique n'est pas piloter en courant.
La solution est simple, fiable et économique.
Bien entendu à la figure 3 on peut diminuer l'intensité du courant efficace dans la première phase. Tout dépend du déplacement du noyau plongeur que l'on souhaite avoir. Par rapport à l'art antérieur, on peut se rapprocher le plus possible de la limite de décollement du noyau et mieux contrôler le déplacement de celui-ci en jouant notamment sur la durée de la première phase. Dans l'art antérieur on est obligé de prévoir un coefficient de sécurité plus important pour être sûr que le noyau décolle.
Grâce à l'invention le décollement du noyau est moins brutal et est mieux contrôlé, le premier intervalle de la deuxième phase se produisant à intensité efficace sensiblement constante.
Ainsi qu'on l'aura compris en disposant le micro-contrôleur 10 sur une carte de manière précitée au voisinage du bobinage 2a on peut mesurer la température de celui-ci en montant sur la carte une résistance reliée au micro-contrôleur et variable en fonction de la température par exemple à coefficient de température positive ou négative.

Claims (10)

  1. Procédé d'alimentation d'une bobine (B) d'entraínement d'un noyau mobile (2b) de contacteur (2) de démarreur électrique de véhicule automobile doté d'un moteur électrique (M), dans lequel on fait varier le courant efficace dans la bobine (B) au cours du déplacement du noyau (2b) vers sa position de contactage, pour fermer un contact mobile (3) et alimenter le moteur électrique (M), dans lequel on adopte au cours de ce déplacement :
    une première phase (t0, t1) d'entraínement à courant efficace suffisamment élevé pour mettre le noyau (2b) en mouvement, puis,
    une seconde phase (t1, t2, t3) d'entraínement à courant efficace plus faible, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre, pendant la seconde phase (t1, t2, t3), après un temps prédéterminé ou déterminé, un accroissement continu de l'intensité efficace.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant efficace pendant la seconde phase (t1, t2, t3) est de l'ordre de 0,4 à 0,6 fois celui appliqué pendant la première phase (t0, t1).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première phase comporte un premier intervalle à courant efficace suffisamment élevé pour mettre le noyau (2b) en mouvement et un deuxième intervalle à courant efficace plus faible que celui de la deuxième phase voir nul.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre une phase (t3, t4) à intensité élevée après fermeture du contact mobile (3).
  5. Dispositif pour la commande de l'alimentation d'une bobine (B) d'entraínement d'un noyau mobile (2b) de contacteur (2) de démarreur de véhicule automobile, prévu pour faire varier le courant efficace dans la bobine (B) au cours du déplacement du noyau (2b) vers sa position de contactage, pour fermer un contact mobile (3) du contacteur (3) et alimenter le moteur électrique, dans lequel il est prévu pour mettre en oeuvre au cours de ce déplacement :
    une première phase (t0, t1) d'entraínement à courant efficace suffisant pour mettre en mouvement le noyau, puis ;
    une seconde phase (t1, t2, t3) d'entraínement à courant efficace plus faible, caractérisé en ce qu'il est prévu durant cette deuxième phase de mettre en oeuvre après un temps prédéterminé ou déterminé, un accroissement continu de l'intensité efficace.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mesurer une tension d'alimentation du démarreur et des moyens pour adapter en fonction de cette tension le niveau de courant efficace pendant la seconde phase (t1, t2, t3).
  7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mesurer une résistance de la bobine (B) et pour adapter en fonction de cette résistance le courant efficace pendant la seconde phase (t1, t2, t3).
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la température et des moyens pour adapter en fonction de cette température le courant efficace pendant la seconde phase (t1, t2, t3).
  9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu pour fournir à la bobine (B) une tension en créneaux dont le rapport cyclique (R1, R2) est différent dans la première (t0, t1) et la seconde phase (t1, t2, t3).
  10. Dispositif selon la revendication 9 en combinaison avec l'une des revendications 6 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10) pour déduire le rapport cyclique (R2) d'alimentation de la bobine (B) en fonction du ou des résultats fournis par le ou les moyens de mesure.
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