Alternateurs et démarreurs

Genèse et application.

Débutants.

Le démarreur automobile est un élément clé du système de démarrage d'un véhicule, qui permet au moteur à combustion interne de démarrer. L'histoire et le développement de la conception du démarreur automobile sont étroitement liés à l'évolution de l'automobile. Au début du développement des voitures, les moteurs étaient démarrés manuellement à l'aide d'une manivelle. Il s'agissait d'une solution physiquement exigeante et souvent dangereuse, car le moteur pouvait "rebondir", ce qui pouvait entraîner des blessures. En 1896, les ingénieurs ont commencé à expérimenter différentes méthodes de démarrage mécanique des moteurs. Le système proposé par Karl Benz, qui utilise des ressorts actionnés par une manivelle, en est un exemple. En 1911, Charles Kettering, ingénieur chez General Motors, invente le premier démarreur électrique de voiture. Son invention a été utilisée pour la première fois sur la voiture Cadillac en 1912. Ce démarreur électrique a révolutionné l'automobile en supprimant la nécessité d'une manivelle. Dans les décennies qui ont suivi, les démarreurs électriques sont devenus la norme sur la plupart des voitures. La technologie des démarreurs a été continuellement améliorée, avec des progrès en termes de fiabilité et de performances. Après la Seconde Guerre mondiale, avec le développement de la technologie automobile, les démarreurs sont devenus plus avancés et plus fiables. Dans les années 2000, les systèmes d'arrêt-démarrage ont été introduits en réponse aux exigences croissantes en matière de rendement énergétique et de réduction des émissions. Ces systèmes coupent automatiquement le moteur lorsque la voiture s'arrête (par exemple aux feux de circulation) et le redémarrent lorsque le conducteur appuie sur l'embrayage ou la pédale d'accélérateur. Cela a nécessité la mise au point de démarreurs plus robustes et plus rapides. Les démarreurs d'aujourd'hui font partie de systèmes plus complexes de gestion de l'énergie des véhicules. De nombreuses voitures modernes, en particulier les voitures hybrides et électriques, utilisent des alternatives telles que des moteurs électriques faisant office de démarreurs.

Alternateurs.

L'alternateur de voiture, un élément clé du système électrique d'un véhicule, est chargé de fournir de l'électricité et de charger la batterie. Au début du XXe siècle, les premières voitures utilisaient des alternateurs à courant continu (CC), qui convertissaient l'énergie mécanique en énergie électrique. Toutefois, ces alternateurs étaient moins efficaces et leur capacité à charger la batterie à bas régime était limitée. Dans les années 1920 et 1930, les alternateurs à courant continu ont été progressivement améliorés, mais leur efficacité restait un problème, en particulier pour les véhicules nécessitant plus d'électricité.

Dans les années 1950, les besoins en électricité des véhicules augmentant, on a commencé à travailler sur des sources d'énergie plus efficaces. Des alternateurs à courant alternatif (CA) ont commencé à être testés dans les voitures. Les premières voitures de série équipées d'un alternateur sont apparues dans les années 1960. Contrairement aux générateurs, les alternateurs génèrent un courant alternatif, qui est ensuite converti en courant continu (CC) au moyen de diodes de redressement, ce qui permet de charger plus efficacement la batterie et d'alimenter l'équipement électrique du véhicule.

Dans les années 1970 et 1980, les alternateurs sont devenus l'équipement standard de la plupart des voitures. De nombreuses améliorations ont été apportées à leur conception, notamment de meilleurs matériaux magnétiques, des systèmes de refroidissement plus efficaces et des régulateurs de tension plus précis. Les alternateurs d'aujourd'hui sont beaucoup plus avancés sur le plan technologique. Ils utilisent des microprocesseurs pour contrôler avec précision la tension et le courant de charge. L'utilisation de matériaux modernes, tels que les aimants en néodyme, permet à l'alternateur d'être plus efficace et plus petit.

Les véhicules d'aujourd'hui sont équipés de systèmes intelligents de gestion de l'énergie qui optimisent les performances de l'alternateur en fonction des conditions de fonctionnement. Ces systèmes peuvent couper l'alternateur pendant l'accélération afin de réduire la charge du moteur et d'améliorer le rendement énergétique. Dans les voitures hybrides et électriques, les alternateurs traditionnels sont souvent remplacés par des systèmes de charge et de gestion de l'énergie plus sophistiqués. Les véhicules tout électriques n'ont pas besoin d'alternateurs traditionnels, car leurs systèmes d'alimentation reposent sur de grandes batteries de traction et des systèmes de conversion d'énergie avancés.

Construction et principe de fonctionnement.

Démarrage.

Un démarreur de voiture est un dispositif électromécanique complexe qui joue un rôle clé dans le démarrage d'un moteur à combustion interne. Il se compose de plusieurs éléments de base qui travaillent ensemble pour convertir l'énergie électrique en mouvement mécanique.

Le composant de base d'un démarreur est un moteur électrique à courant continu. À l'intérieur du moteur se trouvent des balais de carbone qui entrent en contact avec le collecteur, ce qui permet au courant de circuler dans les enroulements du rotor. Le rotor, la partie rotative du moteur, est entouré d'un stator, qui contient des enroulements ou des aimants permanents qui génèrent un champ magnétique. Lorsque le courant circule dans les enroulements du rotor, un champ magnétique est généré qui réagit avec le champ du stator, entraînant la rotation du rotor.

Le démarreur contient également un mécanisme de couplage, appelé bendix, qui relie le démarreur au volant moteur. Lorsque le démarreur est activé, le bendix se déplace pour s'engrener avec le volant moteur, ce qui permet de transmettre le couple du démarreur au vilebrequin du moteur. Lorsque le moteur à combustion interne est démarré, le bendix se désengage automatiquement pour éviter d'endommager le démarreur.

Un autre composant important est le commutateur électromagnétique, également connu sous le nom de commutateur automatique. Il permet à l'électricité de circuler vers le moteur du démarreur et de déplacer le mécanisme d'accouplement (bendix). Lorsque le conducteur tourne la clé de contact ou le bouton pour démarrer le moteur, le courant de la batterie circule vers le solénoïde. Celui-ci crée un champ magnétique dans la bobine, qui attire un noyau mobile à l'intérieur du solénoïde. Ce mouvement a deux effets essentiels :

1. La traction du noyau entraîne la fermeture des contacts internes. Ces contacts agissent comme un relais, permettant à un courant important de circuler entre la batterie et le moteur du démarreur. Le moteur du démarreur a besoin d'une grande quantité de courant pour générer un couple suffisant pour faire tourner le vilebrequin du moteur à combustion interne. La fermeture des contacts par le solénoïde alimenté permet ce flux de courant.
2. Le mouvement du noyau déplace le mécanisme du bendix, qui s'engrène avec le volant d'inertie du moteur à combustion interne. Le bendix est relié au rotor du moteur de démarrage et lorsque le solénoïde attire le noyau, le bendix se déploie, engrenant le pignon avec le volant d'inertie. Cet engrènement permet de transmettre le couple du moteur du démarreur au vilebrequin du moteur à combustion interne, provoquant ainsi son démarrage.

Lorsque le moteur à combustion est démarré et que la clé de contact est relâchée, le courant cesse de circuler dans la bobine de l'interrupteur. Le champ magnétique disparaît et un ressort ramène le noyau dans sa position initiale. Cela déconnecte les contacts, interrompant le flux de courant vers le moteur du démarreur, ce qui a pour effet de déconnecter le bendix du volant du moteur.

L'ensemble du système est enfermé dans un boîtier de démarrage, qui protège les composants internes de la saleté et des dommages mécaniques. Ce boîtier est généralement en métal pour garantir sa durabilité et sa résistance aux conditions d'utilisation difficiles.

Alternateur.

Un alternateur de voiture est un dispositif composé de plusieurs éléments clés qui fonctionnent ensemble pour générer de l'électricité et charger la batterie du véhicule. Il est constitué d'un rotor, d'un stator, de diodes de redressement, d'un régulateur de tension et d'un boîtier.

Le rotor est l'élément central de l'alternateur et se compose d'un arbre sur lequel les bobinages sont enroulés pour former un électro-aimant. Lorsque le courant circule dans les enroulements du rotor, il crée un champ magnétique. Le rotor tourne à l'intérieur du stator grâce à une courroie d'entraînement reliée au vilebrequin du moteur.

Le stator entoure le rotor et se compose d'un noyau constitué de couches de fines plaques d'acier et de bobines enroulées autour. Lorsque le rotor tourne, son champ magnétique traverse les enroulements du stator, y induisant un courant alternatif (CA).

Les diodes de redressement sont des composants électroniques qui convertissent le courant alternatif en courant continu. Un alternateur contient généralement un ensemble de six diodes qui sont connectées pour former un pont redresseur. Ces diodes permettent au courant de circuler dans une seule direction, ce qui élimine les oscillations du courant alternatif et fournit un courant constant au système électrique et à la batterie du véhicule.

Le régulateur de tension est un composant clé qui contrôle le niveau de tension de sortie de l'alternateur. Sa fonction principale est de maintenir une tension de sortie constante, généralement autour de 14,4 V, quel que soit le régime du moteur et la charge électrique. Le régulateur de tension surveille la tension de sortie et ajuste le courant d'excitation du rotor en conséquence pour garantir une tension stable.

Le carter de l'alternateur protège les composants internes de la saleté et des dommages mécaniques. Il est généralement fabriqué en aluminium, ce qui lui confère une grande solidité et une bonne dissipation de la chaleur. Le carter est également équipé d'évents et d'un ventilateur pour aider à refroidir l'alternateur pendant son fonctionnement.

Lorsque le moteur de la voiture tourne, la courroie d'entraînement fait tourner le rotor de l'alternateur, générant un champ magnétique qui induit un courant dans les enroulements du stator. Ce courant est ensuite redressé par des diodes et régulé par un régulateur de tension, ce qui permet au système électrique du véhicule d'être alimenté de manière stable et à la batterie d'être chargée.

Processus de régénération.

Démarrage.

Dans le processus de reconditionnement, chaque démarreur est désassemblé en pièces, qui sont ensuite nettoyées. Toutes les pièces sont soigneusement nettoyées pour éliminer la saleté, l'huile, la poussière et les autres contaminants. Les pièces métalliques peuvent être nettoyées à l'aide de produits chimiques ou de moyens mécaniques tels que le sablage. Le nettoyage est essentiel pour garantir que les nouveaux composants fonctionneront correctement dans un environnement propre. L'étape suivante consiste en une évaluation approfondie de l'usure et de l'état de tous les composants. Une attention particulière est accordée à l'état des balais de carbone, du collecteur, des roulements, des enroulements du rotor et du stator, ainsi que du bendix et du solénoïde de commutation. Les pièces endommagées, usées ou critiques pour le bon fonctionnement du démarreur sont remplacées par des pièces neuves. Une fois assemblé, le démarreur est soumis à des essais en charge, au cours desquels ses paramètres de fonctionnement sont vérifiés. Un processus technologique approprié, des pièces de rechange de haute qualité et un contrôle final des performances du démarreur garantissent son bon fonctionnement après son installation dans le véhicule.

Alternateur.

Dans le processus de remise à neuf, chaque alternateur est désassemblé en pièces, qui sont ensuite nettoyées. Toutes les pièces sont soigneusement nettoyées pour éliminer la saleté, l'huile, la poussière et les autres contaminants. Les pièces métalliques peuvent être nettoyées à l'aide de produits chimiques ou de moyens mécaniques tels que le sablage. Le nettoyage est essentiel pour garantir que les nouveaux composants fonctionneront correctement dans un environnement propre. L'étape suivante consiste en une évaluation approfondie de l'usure et de l'état de tous les composants. Les pièces usées ou endommagées sont remplacées par des pièces neuves ou remises en état. Les composants typiques à remplacer sont les balais de carbone, les bagues collectrices, les roulements et les diodes de redressement. Le régulateur de tension peut également être remplacé s'il est endommagé. Les diodes de redressement et le régulateur de tension sont minutieusement testés pour s'assurer de leur bon fonctionnement. Les diodes endommagées sont remplacées et le régulateur de tension est contrôlé pour garantir une tension de sortie stable. L'alternateur assemblé est testé sur un banc d'essai pour vérifier son fonctionnement. Les tests peuvent inclure la vérification de la tension de sortie, du courant de charge et de la stabilité du fonctionnement à différentes vitesses.

Causes et types de dommages.

Symptômes pouvant indiquer un démarreur défectueux :

1. Aucune réaction en tournant la clé ou en appuyant sur le bouton de démarrage.
2. La vitesse du démarreur est trop faible, le démarreur "tourne" plus lentement que d'habitude.
3. Bruit pendant le fonctionnement du démarreur.
4. Problèmes de démarrage d'un moteur réchauffé.
5. Performances irrégulières - parfois ça marche, parfois ça ne marche pas.

Les pannes de démarreur les plus courantes sont les suivantes

1. Pollution.
2. Surtensions.
3. Détérioration ou usure des pièces mécaniques.
4. Endommagement ou usure des composants électriques.
5. Corrosion.
6. Surchauffe.

Symptômes pouvant indiquer un alternateur défectueux :

1. Allumage du témoin de charge sur le tableau de bord.
2. Des bruits inhabituels proviennent du compartiment moteur.
3. Pointes de tension dans le système - obscurcissement des lumières, problèmes de fonctionnement d'appareils tels que la radio ou le système de navigation.
4. Difficulté à démarrer le moteur en raison d'une charge insuffisante ou inexistante de la batterie.

Les pannes d'alternateur les plus courantes sont les suivantes

1. Pollution.
2. Corrosion.
3. Détérioration ou usure des pièces mécaniques.
4. Endommagement ou usure des composants électriques.
5. Surtensions.