🧰 Le coup d'écrou #5 - Le démarreur

Le démarreur

Le démarreur est un moteur électrique qui sert à lancer le moteur thermique du véhicule et à l’entraîner jusqu’à ce que se produisent les premières explosions. Le lancement d’un moteur, surtout s’il est d’une puissance élevée, nécessite un effort important pour vaincre les résistances de frottement, l’inertie des pièces, mais aussi la résistance opposée par le gaz comprimé dans les cylindres.
Pour des raisons de poids et d’encombrement, le système d’accouplement du démarreur et du moteur thermique doit avoir une démultiplication importante.

Note : Le rapport de démultiplication varie de 1/8 à 1/20

Principe de fonctionnement

L'entraînement du moteur thermique se fait pas l’engrènement d’un pignon solidaire en rotation de l’arbre du démarreur avec une couronne dentée fixée sur le volant du moteur.

L’engrènement ne peut être maintenu après que le moteur thermique ait commencé tourner de lui-même car l’induit du démarreur serait alors entraîné à une vitesse excessive, à laquelle il ne pourrait résister. Pour cette raison, le système d’accouplement entre le démarreur et le moteur est toujours conçu de telle manière que l’engrènement du pignon du démarreur et de la couronne du volant cesse dès que le moteur commence tourner de lui-même. C’est notamment par la nature de leur système de lancement que les démarreurs diffèrent entre eux.

Les caractéristiques du moteur de démarrage

Un moteur électrique à courant continu constitue la partie électrique du démarreur. Sa tension peut être de 6, 12 ou 24 volts selon les véhicules. Les moteurs employés comme démarreurs sont du type série. Ils sont caractérisés par le mode d’excitation des inducteurs qui sont parcourus par la totalité du courant d’alimentation. Les moteurs série tournent très vite à vide et leur vitesse diminue très rapidement quand leur charge augmente. Par contre, ils ont un couple de démarrage très élevé, ce qui justifie pleinement leur emploi comme démarreurs de moteurs thermiques dans lesquelles les résistances à vaincre pour les entraîner sont très importantes.

Il existe différents type de démarreur et nous allons en voir quelques-uns.

Système de lancement type Bendix :

La partie de l’arbre de l’induit qui sort du démarreur est en deux parties engagées l’une dans l’autre et réunies par un ressort jouant le rôle d’un amortisseur de torsion.

Sur la partie filetée se visse le pignon du lanceur muni d’une masse destinée à détruire son équilibrage et qui augmente l’inertie de l’ensemble

Fonctionnement :

Dès que le courant est envoyé dans le démarreur, l’induit se met à tourner à très grande vitesse et, avec lui, la douille filetée qui en est solidaire par le ressort.

Etant donné que le pignon a une grande inertie à cause de sa masse excentrée, il reste immobile au lieu de tourner et la douille filetée tend à se dégager du pignon par dévissage. Comme la douille ne peut se déplacer suivant son axe, ses filets réagissent sur ceux du pignon qui se met à tourner en se déplaçant vers l’extrémité de l’arbre. Le pignon vient ainsi engrener de front avec la couronne du volant et finit par heurter la butée située à l’extrémité de la partie filetée. A partir de ce moment, le pignon, toujours entraîné en rotation avec l’induit, fait tourner la couronne du volant.

Dès que le moteur du véhicule a démarré, le conducteur cesse d’agir sur la commande du démarreur et l’induit s’immobilise. La couronne du volant, qui tourne, imprime au pignon du lanceur un rapide mouvement de rotation. Sous cette impulsion, le pignon se visse, sur le filetage de l’arbre, se dégageant ainsi de la couronne du volant. La masse de déséquilibrage du pignon, en s’opposant à la rotation de celui-ci pendant la marche du véhicule, sous l’effet des cahots, empêche le pignon de venir en prise avec la couronne.

Le pignon vient donc en prise avec la couronne du volant en s’éloignant de l’induit. Le système est alors dit à pignon sortant. Sur d’autres modèles de démarreurs, le pignon vient en prise avec la couronne en se rapprochant de l’induit. Le système est alors dit à pignon rentrant. Le principe du fonctionnement reste le même dans les deux cas. Seuls varient les pas des filets de l’arbre et du pignon qui sont inversés.

Système de lancement Roux-Clémencet

Très proche du système Bendix dans le foctionnement, il s’en différencie toutefois dans sa construction.

Sur l’arbre de l’induit est clavetée une bague dans la face latérale de laquelle sont usinées trois encoches équidistantes. Dans chacune de ces encoches s’engage l’extrémité d’un ressort hélicoidal. Ces trois ressorts sont comparables aux filets d’une vis sans fin (vis à trois filets). Le pignon du lanceur, libre sur l’axe de l’induit, porte également trois ressorts de manière identique à ceux décrit précédemment. Lorsque l’induit est au repos, les ressorts solidaires du pignon sont engagés entre les spires des ressorts solidaires de la bague fixée sur l’induit.

Fonctionnement :

Lorsque l’arbre de l’induit se met à tourner rapidement, les trois ressorts qui en sont solidaires en rotation tendent à se dégager, par dévissage, de ceux du pignon. Comme les ressorts solidaires de l’induit ne peuvent reculer sur leur axe, ils réagissent sur les ressorts solidaires du pignon et ce sont ces derniers qui se dévissent en se déplaçant vers l’extrémité de l’arbre, avec le pignon. Celui-ci vient alors engrener avec la couronne du volant. Le pignon étant alors en butée en bout de l’arbre et ne pouvant plus se déplacer axialement, l’action des ressorts solidaires de l’induit oblige le pignon à tourner avec l’ensemble de l’induit.

Lorsque le moteur thermique est lancé, le conducteur coupe l’alimentation du démarreur et l’induit s’immobilise. La couronne imprime alors au pignon du lanceur une vive impulsion. Les ressorts solidaires du pignon, devenus immobiles, se vissent dans ceux de l’induit et le pignon reprend sa position première.

Le démarreur à commande positive

Dans les systèmes de lancement précédents, le pignon du lanceur vient engrener avec la couronne du volant alors qu’il est déjà animé d’un mouvement de rotation. De ce fait, les dents du pignon et de la couronne s’usent à la longue de par les chocs qui en résultent. Un risque de coincement du pignon contre la couronne peut également parfois apparaître.

Dans le démarreur à commande positive, ces inconvénients sont supprimés par le mode d’engrènement qui se fait avant que le pignon du démarreur soit entraîné en rotation.

Le pignon est monté, par une roue libre à rouleaux, sur un manchon cannelé intérieurement pouvant coulisser sur l’arbre cannelé de l’induit. Sur ce manchon est montée une douille portant une gorge circulaire dans laquelle s’engage le levier à fourche de commande. Le levier à fourche est articulé en son milieu sur le bâti du démarreur. Il est actionné soit par une tirette, soit par une pédale, et commande, lorsqu’il est dans une position déterminée, le contacteur de démarrage.

Fonctionnement :

En pivotant autour de son axe sous l’action de la commande, le levier à fourche pousse la douille à gorge vers l’extrémité de l’axe de l’induit. La poussée de la douille se transmet au manchon portant le pignon par l’intermédiaire du ressort. Le pignon vient ainsi engrener avec la couronne. Une fois l’engrènement réalisé, le levier à fourche agit sur le contacteur de démarrage. Si au moment de l’engrènement les dents du pignon heurtent celles de la couronne au lieu de s’engager entre celles-ci, le ressort se comprime sous la poussée de la douille à gorge, ce qui permet au levier à fourche de continuer son mouvement et d’actionner le contacteur. Le pignon commence alors à tourner et un glissement se produit entre les dents en butée et le ressort, qui se détend, assurant l’engrènement des dentures.

Une fois le moteur du véhicule démarré, le pignon se met à tourner sous l’action de la couronne sans entraîner l’arbre de l’induit, grâce à la présence de la roue libre, et ce jusqu’à ce que le conducteur laisse le levier fourche revenir à sa position de repos.

Le démarreur à commande électromagnétique

Dans un démarreur à commande positive, l’engrènement du pignon avec la couronne se fait sous l’action d’une tirette ou d’une pédale. Afin de réduire l’action du conducteur à un geste encore plus simple, les constructeurs de démarreurs ont remplacé la commande mécanique par une commande électromagnétique.

Sur ce type de démarreur, le levier fourche qui commande le coulissement du pignon est relié par son extrémité supérieure au noyau plongeur d’un électro-aimant fixé sur le dessus du démarreur. La tige du plongeur se termine par une plaque qui, après une certaine course de la tige, établit le contact entre les bornes du contacteur de démarrage.

Fonctionnement :

Le courant de la batterie est envoyé dans l’enroulement de l’électro-aimant par un commutateur à poussoir placé sur le tableau de bord. Dès que l’électro-aimant est excité, le plongeur s’enfonce en actionnant le levier à fourche. Le pignon, monté sur l’arbre de l’induit, se rapproche de la couronne en prenant, grâce aux cannelures, un mouvement de rotation. Aussitôt que le contact est établi entre les bornes du contacteur de démarrage, l’induit se met alors à tourner et, avec lui, le pignon qui entraîne la couronne du volant.

Dès que le moteur du véhicule se met à tourner de lui-même, le conducteur cesse d’appuyer sur le bouton poussoir du relais de commande et le courant est coupé dans l’électro-aimant de ce dernier. Le plongeur reprend alors sa position primitive sous l’action du ressort et le levier à fourche dégage le pignon de la couronne. Le démarreur cesse de tourner après que le contacteur de démarrage est ouvert.

Le démarreur à inertie

Le lancement de certains moteurs de forte cylindrée et à taux de compression élevé, comme les moteurs diesel ou les moteur d’aviation, nécessite un démarreur électrique de forte puissance, et donc de grandes dimensions. Pour éviter l’emploi d’un tel démarreur, on utilise parfois un démarreur mécanique à inertie.

Dans un carter cylindrique est logé un lourd volant qui, grâce à plusieurs trains d’engrenages épicycloïdaux, peut être entraîné à très grande vitesse soit électriquement soit par le biais d’une manivelle. Un système d’embrayage commandé par un levier permet d’accoupler le démarreur et le moteur lorsque le volant de démarrage a atteint une vitesse suffisante. L’embrayage se fait progressivement afin de réduire le choc qui se produit dans le démarreur au moment de l’accouplement. C’est l’énergie accumulée dans le volant du démarreur qui assure le lancement du moteur. Un limiteur de couple protège les organes du moteur et du démarreur en cas de retour ou de résistance anormale.
L’avantage, non négligeable, du démarreur à inertie est qu’il permet le lancement du moteur même si la batterie est inexistante ou déchargée.

Merci à Alexandre Degrandcourt pour ce cinquième "coup d'écrou" ! 

Crédits photos : Documents Bendix, Paris-Rhône, Gnome et Rhône