FR3067067B1 - Demarreur de moteur thermique muni d’un dispositif de mesure de regime - Google Patents

Abstract

Le démarreur de moteur thermique selon l'invention comprend un dispositif de mesure de régime comportant un mécanisme rotatif à masselotte (20) couplé en rotation avec l'arbre moteur (1) du démarreur et fournissant une mesure (Vm, ECU) du régime en fonction d'un déplacement radial de la masselotte par l'effet de la force centrifuge.

Description

DÉMARREUR DE MOTEUR THERMIQUE MUNI D’UN DISPOSITIF DE MESURE DE RÉGIME

[001] L’invention concerne de manière générale le domaine des démarreurs pour les moteurs thermiques, notamment pour les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un démarreur muni d’un dispositif de mesure de son régime de rotation, c’est-à-dire, de la vitesse de rotation de son arbre moteur.

[002] Comme il est connu, un démarreur comporte un pignon lanceur qui est couplé par une roue libre à son arbre moteur. Pour démarrer le moteur thermique, le pignon lanceur doit être engagé avec la couronne dentée du moteur thermique.

[003] Dans les démarrages classiques intervenant alors que le moteur thermique est complètement arrêté, l’engagement du pignon lanceur dans la couronne dentée du moteur thermique ne pose pas de problème particulier dans l’état de la technique.

[004] Le développement des systèmes d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, dits « Stop & Start » ou « Stop & Go » en anglais, a accru la demande des constructeurs automobiles pour des démarreurs capables de redémarrer rapidement le moteur thermique sans attendre l’arrêt complet de celui-ci. Ces démarreurs sont connus par l’homme du métier comme étant du type dit « Change of Mind » en anglais ou « COM ». Un démarreur COM ayant de bonnes prestations acoustiques et vibratoires peut assurer un redémarrage équivalent en qualité à celui d’un alterno-démarreur, qui est une machine plus coûteuse et généralement proposée dans les véhicules de haut de gamme.

[005] Le redémarrage COM requiert un démarreur dont le régime de rotation puisse être synchronisé avec celui du moteur thermique. Cette synchronisation est indispensable pour assurer un engagement rapide, en douceur, du pignon lanceur dans la couronne dentée et obtenir ainsi des prestations acoustiques et vibratoires satisfaisantes. La connaissance des régimes du démarreur et du moteur thermique est donc nécessaire pour piloter précisément la rotation du démarreur et atteindre la synchronisation des régimes avant de commander l’engagement du pignon lanceur.

[006] L’information du régime moteur est disponible dans un véhicule et est utilisée notamment par l’unité de contrôle moteur.

[007] Des solutions ont été proposées pour déterminer le régime d’un démarreur.

[008] Ainsi, par FR2971555B1, il est connu un procédé pour déterminer le régime en chute libre d’un démarreur à partir d’une mesure de la tension aux bornes de son moteur électrique lorsque le courant est coupé, après une alimentation de montée en régime. Un tel procédé ne permet pas le pilotage du moteur électrique pendant la phase de montée en régime.

[009] US2014260795A1 propose l’utilisation d’un capteur à effet hall ou d’un capteur optique pour mesurer le régime du démarreur. Un tel démarreur fournit une information de régime adaptée pour un pilotage précis en rotation. Cependant, dans un véhicule automobile, le démarreur fonctionne dans un environnement agressif où il est exposé à la température élevée du moteur thermique, à des projections de salissures de la chaussée et aux poussières des balais de son moteur électrique. Les salissures et les poussières peuvent affecter la mesure fournie par le capteur. L’introduction dans le démarreur d’un tel capteur impacte son coût et possiblement sa fiabilité dans le temps compte-tenu de conditions de fonctionnement peu favorables aux capteurs électroniques.

[0010] II existe donc un besoin pour un démarreur équipé d’un dispositif de mesure de son régime de rotation et ne présentant pas les inconvénients susmentionnés de la technique antérieure.

[0011] Selon un premier aspect, l’invention concerne un démarreur de moteur thermique comprenant un dispositif de mesure de régime. Conformément à l’invention, le dispositif de mesure de régime comporte un mécanisme rotatif à masselotte couplé en rotation avec l’arbre moteur du démarreur et fournissant une mesure du régime en fonction d’un déplacement radial de la masselotte par l’effet de la force centrifuge.

[0012] Selon une forme de réalisation particulière, le mécanisme rotatif à masselotte comprend un axe radial solidaire de l’arbre moteur du démarreur, une masselotte mobile le long de l’axe radial, un ressort rappelant la masselotte vers l’arbre moteur et une résistance électrique agencée entre des bornes d’alimentation électrique, la masselotte étant en contact électrique de surface avec la résistance électrique et avec un élément conducteur électrique relié à une borne de sortie de mesure.

[0013] Selon une caractéristique particulière, la masselotte et le ressort sont calibrés.

[0014] Selon une autre caractéristique particulière, les bornes sont reliées électriquement à des contacts électriques mobiles formés chacun d’un collecteur annulaire et d’un balai.

[0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, le démarreur est du type dit « double solénoïde >>.

[0016] Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un système d’arrêt et de redémarrage automatique d’un moteur thermique de véhicule comprenant un démarreur tel que décrit brièvement ci-dessus.

[0017] L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un démarreur tel que décrit brièvement ci-dessus.

[0018] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière d’un démarreur selon l’invention, en référence à la planche de dessin annexée, dans laquelle : la Fig.1 est un schéma de principe montrant l’architecture d’une forme de réalisation particulière du dispositif de mesure de régime selon l’invention, ainsi que son implantation dans un démarreur.

[0019] Les repères indiqués à la Fig. 1 sont explicités ci-dessous :

Le repère 1 correspond à l’arbre moteur du démarreur.

Le repère 2 correspond à un axe radial qui est perpendiculaire à l’arbre moteur 1 et solidaire de celui-ci.

Le repère 20 correspond à une masselotte calibrée qui est montée coulissante sur l’axe radial 2.

Le repère 21 correspond à un ressort calibré qui est relié à la masselotte calibrée 20 et qui rappelle celle-ci vers l’arbre moteur 1.

Le repère 3 correspond à une résistance électrique.

Le repère 30 correspond à un point de contact électrique de la masselotte calibrée 20 sur la surface de la résistance électrique 3.

Le repère 4 correspond à un fil conducteur de mesure. BAT correspond à la batterie électrique du véhicule.

Vba, correspond à la tension de la batterie BAT présente sur une borne + de celle-ci. M correspond à la masse électrique reliée à la borne - de la batterie BAT.

Im correspond à un courant de mesure.

Vm correspond à une tension de mesure. 10 correspond à un contact électrique mobile reliant une première borne d’alimentation électrique de la résistance 3 à la masse M. 11 correspond à un contact électrique mobile reliant une deuxième borne d’alimentation électrique de la résistance 3 à la tension Vba, de la batterie BAT. 12 correspond à un contact électrique mobile reliant une extrémité du fil conducteur de mesure 4 à une borne de sortie de mesure. 13 correspond à la borne de sortie de mesure délivrant la tension de mesure Vm. ECU correspond à une unité de contrôle électronique assurant le pilotage du démarreur et à laquelle est fournie la tension de mesure Vm.

Fr est une flèche montrant la rotation de l’arbre moteur 1. FT est une flèche montrant le déplacement de la masselotte 20 le long de l’axe radial 2.

[0020] L’axe radial 2 est solidaire de l’arbre moteur 1 du démarreur et est dimensionné de manière à tenir mécaniquement les régimes de rotation du démarreur. La longueur de l’axe radial 2 sera de préférence inférieure au diamètre du rotor du moteur électrique du démarreur, de manière à faciliter l’implantation de l’axe radial 2 à l’intérieur de la culasse cylindrique du démarreur.

[0021] Le fil conducteur de mesure 4 est ici intégré dans l’axe 2, en étant dénudé et apparent aux extrémités pour faire le contact avec la masselotte 20 et avec le contacteur de mesure 12. Le fil 4 est en contact électrique avec la masselotte calibrée 20 qui est également conductrice. Le fil 4 se prolonge radialement sur toute la longueur de l’axe radial 2 et aussi le long de l’arbre moteur 1. Le fil 4 est isolé de l’arbre moteur 1 et se prolonge, par exemple à l’intérieur d’un alésage central de l’arbre moteur 1, jusqu’au contact électrique mobile 12.

[0022] De manière classique, le contact électrique mobile 12 est formé d’un collecteur annulaire et d’un balai en contact électrique de surface avec le collecteur. Le collecteur annulaire est solidaire de l’arbre moteur 1, en étant électriquement isolé de celui-ci, et est relié à l’extrémité du fil conducteur de mesure 4. Le balai est relié à la borne de sortie de mesure 13.

[0023] Une résistance de mesure 14 est connectée entre la borne de sortie de mesure 13 et la masse M.

[0024] La masselotte calibrée 20 se déplace radialement (flèche FT) sur l’axe 2 en fonction de l’amplitude de la force centrifuge qui s’exerce sur elle lorsque l’arbre moteur 1 est en rotation. La masselotte calibrée 20 est en contact électrique avec le fil conducteur de mesure 4. La masselotte calibrée 20 est également en contact électrique avec la résistance électrique par un point de contact 30. La masselotte calibrée 20 est tenue mécaniquement par l’axe radial 2 et est contrainte à se déplacer sur celui-ci.

[0025] La résistance électrique 3 est également solidaire de l’arbre moteur 1 et est disposé radialement à celui-ci en étant parallèle à l’axe 2. On notera que la résistance 3 pourra, dans certaines formes de réalisation, être intégrée dans l’axe radial 2 et ne former qu’une seule pièce avec celui-ci. La résistance 3 est réalisée de manière classique, par exemple par une couche de carbone fixée sur un support diélectrique. Typiquement, la résistance 3 est linéaire, mais pas exclusivement, le terme « linéaire >> signifiant ici que la valeur ohmique entre deux points distants de la résistance est proportionnelle à la distance entre ces deux points.

[0026] L’alimentation électrique de la résistance 3 est réalisée à travers le contact électrique mobile 10 qui relie une première borne d’alimentation électrique de la résistance 3 à la masse M et le contact électrique mobile 11 qui relie une deuxième borne d’alimentation électrique de la résistance 3 à la tension Vba, de la batterie BAT du véhicule. Les contacts électriques mobiles 10 et 11 pourront être réalisés, comme le contact 12, au moyen de collecteurs annulaires solidaires de l’arbre moteur 1 et de balais.

[0027] La résistance 3, en association avec le fil conducteur de mesure 4 intégré dans l’axe radial 1, remplit une fonction de détection du déplacement radial de la masselotte calibrée 20. La résistance et la masselotte, qui se déplace en contact électrique avec la surface de la résistance, sont équivalentes ici à un potentiomètre linéaire dont la masselotte forme le curseur mobile.

[0028] Un courant de mesure lm s’établit du point de contact 30 vers la masse M, à travers la masselotte 20, le fil conducteur de mesure 4 et la résistance de mesure 14 reliée à la masse M. La tension de mesure Vm est relevée aux bornes de la résistance 14.

[0029] Lorsque l’arbre moteur 1 est en rotation (flèche FR), la masselotte calibrée 20 se déplace radialement le long de l’axe 2, en s’éloignant de l’arbre moteur 1, jusqu’à ce que la force centrifuge s’exerçant sur la masselotte 20 soit égale à la force de rappel du ressort calibrée 21. La tension de mesure Vm obtenue est une fraction de la tension Vba, et est proportionnelle à la distance entre le point de contact 30 et la première borne d’alimentation électrique de la résistance 3.

[0030] Lorsque l’arbre moteur 1 n’est plus en rotation, la masselotte calibrée 20, qui a été ramenée vers l’arbre moteur 1 par l’action du ressort calibré 21, est maintenue à sa position de repos qui correspond à la première borne d’alimentation électrique de la résistance 3. Cette première borne d’alimentation électrique étant reliée à la masse, la tension de mesure Vm est alors proche de 0 V.

[0031] Compte-tenu que la force centrifuge s’exerçant sur la masselotte calibrée 20 dépend de ω2, où ω est la vitesse angulaire de rotation de l’arbre moteur 1, la mesure du déplacement de la masselotte obtenue avec la tension de mesure Vm est représentative du régime de rotation du démarreur.

[0032] La tension de mesure Vm fournie à l’unité de contrôle électronique ECU permet à celle-ci de déterminer le régime du démarreur. L’information du régime du démarreur étant disponible, l’unité ECU peut piloter de manière optimale la rotation du démarreur jusqu’à la synchronisation avec le régime du moteur thermique et piloter ensuite l’engagement du pignon lanceur avec la couronne dentée du moteur.

[0033] L’invention trouve une application particulière dans les démarreurs ayant la fonctionnalité COM. Typiquement, ces démarreurs sont de type dit « double solénoïde », ou « tandem solenoid » en anglais, et autorisent des commandes séparées pour la rotation de l’arbre moteur et pour l’engagement du pignon lanceur.

[0034] L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.

Claims (7)

1. Revendications

   1. Démarreur de moteur thermique comprenant un dispositif de mesure de régime, caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure de régime comporte un mécanisme rotatif à masselotte (20) couplé en rotation avec l’arbre moteur (1) du démarreur et fournissant une mesure (Vm, ECU) dudit régime en fonction d’un déplacement radial de ladite masselotte (20) par l’effet de la force centrifuge.
2. 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme rotatif à masselotte comprend un axe radial (2) solidaire de l’arbre moteur (1) du démarreur, une masselotte (20) mobile le long dudit axe radial (2), un ressort (21) rappelant ladite masselotte (20) vers ledit arbre moteur (1) et une résistance électrique (3) agencée entre des bornes d’alimentation électrique (10, 11), ladite masselotte (20) étant en contact électrique de surface (30) avec ladite résistance électrique (3) et avec un élément conducteur électrique (4) relié à une borne de sortie de mesure (13,12).
3. 3. Démarreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite masselotte (20) et ledit ressort (21) sont calibrés.
4. 4. Démarreur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites bornes sont reliées électriquement à des contacts électriques mobiles (10, 11, 12) formés chacun d’un collecteur annulaire et d’un balai.
5. 5. Démarreur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il est du type dit « double solénoïde >>.
6. 6. Système d’arrêt et de redémarrage automatique d’un moteur thermique pour véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un démarreur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
7. 7. Véhicule caractérisé en ce qu’il comprend un démarreur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.