Thèmes:
- Général
- Allumage de bobine d'allumage
- Allumage de distributeur conventionnel avec points de contact
- Allumage contrôlé par ordinateur
- Pression de combustion et calage de l'allumage
- Avance à l'allumage
- Temps de séjour
- Inflammation du DIS
- Une bobine d'allumage par cylindre
- Mesurez le schéma d'allumage primaire avec l'oscilloscope
Général:
Dans un moteur à essence, le mélange carburant/air doit être enflammé à la fin de la course de compression. Cela se produit parce que le bougie donne une étincelle. Pour que la bougie étincelle, une tension comprise entre 20.000 30.000 et 12 14,8 volts est nécessaire. Une bobine d'allumage convertit la tension de la batterie (environ XNUMX à XNUMX volts) en cette haute tension.
Sur les systèmes plus anciens, il y a souvent 1 bobine d'allumage vissée quelque part sur le bloc moteur, qui est reliée aux bougies d'allumage au moyen de câbles de bougie. Les moteurs plus récents ont souvent des bobines d'allumage à broches. Chaque bougie d'allumage possède sa propre bobine d'allumage. Le nombre de bobines d'allumage sur le moteur peut être facilement reconnu par la présence de fils de bougie. Si les fils de bougie d'allumage vont à chaque cylindre, la voiture a 1 bobine d'allumage fixe ou une bobine d'allumage DIS. S'il n'y a pas de fils de bougie, il y a une bobine d'allumage séparée sur chaque bougie. Il faut souvent démonter une plaque de recouvrement moteur pour s'en rendre compte.
Bobine d'allumage:
Un système d'allumage utilise une bobine d'allumage. Quel que soit le type (conventionnel ou piloté par ordinateur), le principe est le même. La bobine d'allumage contient 2 bobines de fil de cuivre autour d'une tige de fer (noyau). La bobine primaire (côté contacteur d'allumage) comporte quelques tours de fil épais. La bobine secondaire comporte de nombreux tours de fil fin. La bobine primaire a une tension de 12 volts. Un courant de 3 à 8 ampères est envoyé à travers cette bobine primaire. Cela génère un champ magnétique. Lorsque ce champ magnétique disparaît, une tension de 250 à 400 volts est générée dans la bobine primaire. En raison de la différence dans le nombre d'enroulements, une tension allant jusqu'à 40.000 XNUMX volts est générée dans la bobine secondaire.
La bobine primaire de la bobine d'allumage possède une résistance ohmique et inductive. La résistance ohmique peut être mesurée avec le multimètre ou calculée à partir des mesures de courant ou de tension. La résistance inductive fait référence au champ magnétique développé dans la bobine primaire et dépend de la vitesse à laquelle le courant change et des propriétés magnétiques de la bobine (la valeur L). Chaque bobine d'allumage a une valeur L fixe, qui dépend du nombre de tours et des dimensions de la bobine ainsi que des propriétés et dimensions du noyau.
Allumage de distributeur classique avec points de contact :
Le système d'allumage conventionnel se compose d'une seule bobine d'allumage qui s'allume et s'éteint avec des points de contact, un câble de bobine d'allumage, des câbles de bougie d'allumage et un distributeur mécanique avec avance à l'allumage.
Au repos, les points de contact sont fermés. Un courant circule à travers la bobine primaire, via les points de contact vers la terre. A ce moment, un champ magnétique est présent dans la bobine primaire. Lorsque la came soulève le levier, le contact entre les points de contact est rompu et une tension induite est créée. Cette tension induite est amplifiée dans la bobine secondaire et transmise au distributeur via le câble de la bobine d'allumage. La cosse du distributeur pointe vers l'une des connexions du câble de bougie. La tension est transmise à la bougie d'allumage, qui produit une étincelle.
La bobine d'allumage transmet une haute tension via la connexion du câble de la bobine d'allumage au rotor dans le distributeur. Le rotor du distributeur tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Ceci est rendu possible parce que, selon la construction, il existe une connexion directe entre le vilebrequin et le distributeur (comme le montre la figure), ou parce que le rotor est entraîné directement par l'arbre à cames. Après tout, l’arbre à cames tourne déjà à la moitié de la vitesse du vilebrequin. L'image montre une vue éclatée du distributeur.
Le rotor est sensible à l’entretien. Les particules de contact entre le rotor et le capuchon du distributeur se corrodent avec le temps, ce qui détériore la qualité de l'étincelle de la bougie. En ponçant occasionnellement la corrosion ou en remplaçant les pièces usées, la qualité de l'étincelle reste optimale. En tournant le capuchon du distributeur sur le rotor, le calage de l'allumage est ajusté.
Allumage contrôlé par ordinateur :
Les voitures modernes sont équipées de systèmes d’allumage commandés par ordinateur. Le système de gestion du moteur contrôle la bobine d'allumage. Un générateur d'impulsions (capteur de position de vilebrequin et éventuellement capteur de position d'arbre à cames) fournit une impulsion de référence qui fonctionne de manière synchrone avec la manivelle ou l'arbre à cames. Il manque souvent une dent dans une bague ou sur la poulie qui sert de point de référence. L'image montre la poulie de vilebrequin usinée du Projet MégaSquirt. La poulie comporte 36 dents dont 1 meulée. C'est pourquoi on l'appelle aussi roue de référence 36-1. Tous les 10 degrés, 1 dent passe devant le capteur (360/36).
Chaque fois que la dent manquante passe devant le capteur, un signal est envoyé à l'ECU.
Ce point de référence n'est pas le point mort haut (PMH) comme son nom l'indique souvent. En réalité, ce point de référence se situe entre 90 et 120 degrés avant PMH. Cela signifie qu'en l'absence d'avance à l'allumage, l'impulsion d'allumage a lieu 9 à 12 dents après le point de référence.
L'image montre le signal du vilebrequin (jaune) en relation avec l'impulsion de commande de la bobine d'allumage (bleu). Dans le signal du vilebrequin, la dent manquante est visible là où l'impulsion manque. Sur ce moteur, la dent manquante est à 90 degrés avant le PMH (soit 9 dents de la roue d'impulsion).
Entre la dent manquante (point de référence, jaune) et l'impulsion de contrôle (bleu), 8 dents sont visibles ; Il s'agit d'un pré-allumage à 10 degrés.
L'avancement de l'allumage est lié à la vitesse de combustion ; la combustion a besoin de temps pour atteindre sa pression de combustion maximale. Cette pression de combustion maximale est optimale à une position du vilebrequin de 15 à 20 degrés après le PMH. Cela doit être optimal dans toutes les conditions de fonctionnement. Les paragraphes suivants expliquent l'influence du calage de l'allumage sur la pression de combustion, comment s'effectue l'avance à l'allumage et comment lire le temps de séjour dans l'image du scope.
Pression de combustion et calage de l’allumage :
Le système d'allumage doit garantir que le mélange dans l'espace cylindre s'enflamme au bon moment. Lorsque le piston a dépassé le PMH, la pression de combustion doit être la plus élevée. Parce qu'il y a un temps entre l'allumage et l'allumage du mélange (où la pression de combustion maximale est atteinte), le mélange doit être enflammé quelque temps avant le PMH. En bref : la bougie d'allumage doit avoir déjà allumé avant que le piston n'atteigne le PMH.
Dans le diagramme suivant, nous voyons la progression de la pression (ligne rouge) par rapport aux degrés du vilebrequin. La bougie d'allumage produit des étincelles au point a. Le piston se déplace davantage vers le PMH (0) et la pression de combustion augmente. La pression maximale de combustion est atteinte environ 10 à 15 degrés après le PMH (au point b).
- si le point b se déplace trop vers la gauche, le mélange s'enflamme trop tôt et le piston ne monte plus ;
- Lorsque le point b est déplacé vers la droite, la combustion a lieu trop tard. Le piston s'est déjà déplacé trop loin vers l'ODP. Le coup de force n’est plus assez efficace.
Avance à l'allumage :
Pour que le pic de pression se produise à la bonne position du vilebrequin, il est important d’avancer l’allumage lorsque le régime moteur augmente. Le point b (la pression maximale de combustion) ne doit pas être déplacé. Lors de l'avance et du retardement du calage de l'allumage, le point a (calage de l'allumage) est décalé vers la gauche ou la droite. La durée de combustion dépend du niveau de remplissage du moteur et du rapport de mélange actuel. L'avance à l'allumage est donc différente pour chaque moteur. C'est aussi pour cela que le point de référence du vilebrequin est réglé quelques degrés avant le PMH : entre le point de référence et le PMH, il y a le temps de calculer l'avance à l'allumage.
Avec une bobine d'allumage DIS (décrite plus loin sur la page), le capteur de position du vilebrequin suffit à déterminer le calage de l'allumage. La première impulsion après la dent manquante sert par exemple à charger la bobine secondaire des cylindres 1 et 4. Ensuite, le nombre de dents est compté (18 dans ce cas) pour générer l'impulsion de la bobine secondaire des cylindres 2 et 3. Si le moteur est équipé de bobines d'allumage COP, un seul point de référence n'est pas suffisant. Dans ce cas, un capteur de position d'arbre à cames est nécessaire pour détecter plusieurs points de référence.
Les deux images ci-dessous (tableau d'avance à l'allumage et vue 3D) montrent les réglages de la cartographie d'allumage dans le Projet MégaSquirt. Celles-ci sont appelées tables de recherche, champs de référence ou champs principaux.
L'avance à l'allumage est déterminée en fonction de la configuration du moteur. Les graphiques montrent les courbes d'avance à l'allumage à pleine charge pour un allumage à distributeur mécanique (conventionnel) (ligne rose) et un système contrôlé par ordinateur (ligne bleue). Le coude de la ligne rose est le point où l'avance du vide entre en vigueur. De plus, les lignes sont droites ; cela est dû à des limitations mécaniques. Avec un système contrôlé par ordinateur, cela peut être contrôlé avec plus de précision ; la courbe d'allumage se déroule donc comme une courbe. Entre 1200 2600 et 25 XNUMX tr/min, la ligne bleue a été légèrement abaissée ; cela a à voir avec la zone de frappe à charge partielle. On peut également constater que les lignes d'avance conventionnelles et contrôlées par ordinateur se terminent à environ XNUMX degrés. L'avance ne doit pas être augmentée davantage, car il existe alors un risque de "cognement à grande vitesse", ou de zone de cognement à grande vitesse.
La cartographie d'allumage sert de base à l'avance à l'allumage. A partir de ce moment, le système de gestion moteur tentera d’avancer le plus possible l’allumage. Trop d’avance conduira à frapper ; ceci est enregistré par des capteurs de cliquetis. Dès que les capteurs de cognement détectent que le moteur a tendance à cogner, le système de gestion du moteur s'écarte de quelques degrés du calage de l'allumage. La vitesse sera alors à nouveau accélérée jusqu'à ce que les capteurs de cliquetis donnent un signal.
Temps de séjour :
Lorsque le courant primaire est activé, un champ magnétique se crée. Le courant traversant la bobine n’atteindra pas immédiatement sa valeur maximale ; Cela prend du temps. Dans la bobine se trouve une résistance obtenue à partir d’une tension d’induction opposée. Le courant ne dépassera pas non plus 6 à 8 ampères. Suffisamment d'énergie a été générée en 2,3 millisecondes pour faire jaillir une étincelle à travers la bougie d'allumage, ce qui est suffisant pour enflammer le mélange air-carburant. Le point t = 2,3 ms est le calage de l'allumage. L'accumulation de courant entre le temps t0 et t=2,3 ms est appelée temps de charge de la bobine primaire, ou temps de séjour.
L'accumulation de courant dans la bobine primaire s'arrête à environ 7,5 ampères. Le courant ne doit pas augmenter davantage, car la bobine primaire pourrait alors devenir trop chaude. Lorsque la tension à bord de la voiture chute, il faut plus de temps pour charger la bobine primaire. Le calage de l'allumage ne change pas. Le chargement doit donc commencer plus tôt. Cela peut être vu sur la figure, où la ligne verte montre le phénomène d'allumage de la bobine à une tension inférieure. Le processus de charge commence plus tôt (delta t) et se termine en même temps que la ligne noire à 7,5 A.
La commande de la bobine d'allumage change ; la largeur de l'impulsion motrice affecte le temps de charge de la bobine primaire. Plus l'impulsion est longue, plus la bobine a le temps de se charger.
Dans les deux images, l’inflammation se produit au niveau de la huitième dent (80 degrés avant le PMH). L'image de droite montre le temps de séjour plus long.
Inflammation du DIS :
DIS signifie Système d'allumage sans distributeur. Il s'agit, comme son nom l'indique, d'un allumage électronique sans distributeur. Le signal d'allumage provient directement de l'ECU, ce qui en fait un allumage contrôlé par ordinateur. Ce système d'allumage combine 2 bobines d'allumage dans 1 boîtier. Chaque bobine d'allumage fournit l'étincelle pour 2 cylindres. Il y a une bobine d'allumage à bobine unique montée sur les cylindres 1 et 4, et l'autre bobine montée sur les cylindres 2 et 3.
A titre d'exemple, prenons la bobine d'allumage DIS avec les connexions pour les cylindres 2 et 3. Il n'y a pas de rotor, ce qui signifie qu'ils étincelleront tous les deux en même temps. Le cylindre 2 est en fin de course de compression et la bobine d'allumage fournit une étincelle pour enflammer le mélange. Cela signifie que la bobine d'allumage produit également des étincelles sur le cylindre 3, qui commence alors avec la course d'admission, mais comme elle ne contient plus de mélange inflammable, cela n'a pas d'importance. Plus tard, lorsque le cylindre 3 sera occupé par la course de compression, le cylindre 2 sera occupé par la course d'admission et recevra alors l'étincelle inutile. L’étincelle vide dans le cylindre où aucune combustion n’a lieu ne provoque pas un vieillissement plus rapide de la bougie. L'étincelle n'a alors besoin que d'une tension de 1kV (1000V) au lieu des 30kV lors de la combustion d'un mélange.
L'avantage de la bobine d'allumage DIS est qu'elle ne nécessite aucun entretien. La bobine d'allumage ne nécessite aucun entretien. L'inconvénient de cette bobine d'allumage est que de l'humidité pénètre parfois entre le câble et l'arbre de connexion dans la bobine d'allumage. L'humidité provoque la corrosion des contacts, qui deviennent blancs ou verts. La tension d'étincelle chute en raison de la perte de tension importante causée par la corrosion. Le moteur peut commencer à trembler et à vibrer légèrement, sans pour autant provoquer de problème dans la mémoire du calculateur. En cas de problème de ce type, il est conseillé de démonter un à un les câbles de la bobine d'allumage (moteur éteint !!) et de vérifier si les contacts sont bien dorés et s'il n'y a pas de traces de corrosion à l'intérieur. le câble et dans l'arbre. La corrosion est très agressive et réapparaîtra lentement après le nettoyage. La meilleure solution est de remplacer la bobine d'allumage complète par le câble correspondant.
Une bobine d'allumage par cylindre :
Avec ce système d'allumage, les bobines d'allumage (à tige), également appelées bobines d'allumage COP (coil on plug), sont montées directement sur la bougie d'allumage. Ici aussi, l'unité de commande du moteur (ECU) contrôle l'allumage. Le courant et le calage de l'allumage sont calculés par l'unité de commande. Le fonctionnement est comme une bobine d’allumage plus ancienne ; Cette bobine d'allumage possède également une bobine primaire et secondaire. La bobine primaire est alimentée en tension via la fiche en haut et interrompue en interne via un transistor.
L'inconvénient de ces bobines d'allumage est qu'elles sont montées dans le corps de la bougie et deviennent donc extrêmement chaudes. Bien qu’ils soient faits pour cela, ils ont parfois tendance à se casser. Cela peut être reconnu lorsqu'une voiture saute un cylindre et que le moteur commence à trembler. Lorsque cela se produit, la sonde lambda reconnaîtra qu'une bobine d'allumage n'enflamme pas le carburant et l'injection de carburant vers le cylindre concerné sera arrêtée. Le cylindre ne fonctionne alors plus du tout. Cela empêche le carburant non brûlé de pénétrer dans l'échappement, ce qui détruirait le catalyseur. Une bobine d'allumage cassée se reconnaît souvent au fait que le moteur tourne de manière très irrégulière (et que le voyant moteur est allumé, bien que ce voyant puisse avoir de nombreuses causes).
Plus d'informations et les causes des ratés d'allumage des cylindres peuvent être trouvées sur la page transfert de cylindre.
Si vous soupçonnez que la bobine d'allumage est défectueuse, vous pouvez visualiser l'image de l'allumage primaire avec l'oscilloscope si le moteur est en mode d'urgence et que l'allumage et l'injection ont été coupés pendant que le moteur tourne.
Mesure du schéma d'allumage primaire avec l'oscilloscope :
La bobine d'allumage génère la tension afin qu'une forte étincelle puisse se développer au bas de la bougie. La bobine d'allumage doit générer une tension d'environ 30.000 40.000 à 300 400 volts pour produire une étincelle dans la bougie d'allumage. Pour cela, une tension d'ionisation de 100 à XNUMX volts doit être générée dans la bobine primaire. Nous pouvons voir au cours de la tension traversant la bobine primaire si ce processus se déroule bien. Les tensions des bobines primaire et secondaire sont transmises l'une à l'autre, bien que les niveaux dans la bobine secondaire soient environ XNUMX fois plus élevés. Cela permet de voir dans le profil de tension primaire si la bobine d'allumage est en ordre et si la bougie d'allumage produit des étincelles correctement. L'image d'oscilloscope ci-dessous a été mesurée sur la bobine primaire d'une bobine d'allumage.
De gauche à droite:
- 14 volts : au repos on mesure 14 volts du côté plus et masse de la bobine dans la bobine d'allumage ;
- Temps de contact : la bobine primaire est reliée à la masse d'un côté. Une tension différentielle de 14 volts est créée entre le + et la masse, provoquant la circulation du courant dans la bobine ;
- 300 volts (induction) : l'étage de sortie de l'ECU ou du module d'allumage termine la commande et une induction d'environ 300 volts est créée dans la bobine primaire. Nous appelons cela la tension d’ionisation. Une tension de 30.000 XNUMX volts est générée dans la bobine secondaire. Cette tension est nécessaire pour rendre conducteur l’air entre les électrodes de la bougie et permettre à une étincelle de jaillir ;
- Étincelles provenant de la bougie d'allumage : depuis la ligne d'allumage, nous pouvons voir que la bougie d'allumage produit des étincelles ;
- Swinging : c'est là que s'écoule l'énergie résiduelle. Cela dépend de la valeur LCR du circuit (valeur L de la bobine d'allumage et capacité du condensateur).
Par heure d'ouverture dans l'image du scope, nous entendons l'heure d'ouverture des points de contact. Cela ne s'applique plus à un allumage commandé par ordinateur. Cependant, nous pouvons déterminer la vitesse en fonction du point auquel apparaît la tension d’ionisation de la deuxième étincelle. Les images d'oscilloscope ci-dessous montrent les images d'allumage primaire à basse vitesse (à gauche) et à haute vitesse (à droite).
Avec un oscilloscope, nous pouvons afficher l'image d'allumage et l'image d'injection en relation avec le signal du vilebrequin. La roue de référence contient un point de référence. Un moment d'allumage a lieu après chaque tour du vilebrequin. Nous savons que le vilebrequin doit effectuer deux tours pour un cycle de service complet. De là, nous pouvons reconnaître qu'il s'agit d'une bobine d'allumage DIS. Une « étincelle gaspillée » se produit donc. Les images des injecteurs le confirment : l’injection a lieu tous les deux tours de vilebrequin.
Si vous soupçonnez qu'une bobine d'allumage est défectueuse, vous pouvez déterminer en regardant l'image de l'allumage secondaire s'il y a un problème dans l'allumage secondaire. L'image résultante montre l'image d'allumage du cylindre 6 (bleu) et du cylindre 4 (rouge) dans lesquels un défaut est présent. L’explication suit sous l’image.
Dans l’image principale du cylindre 4, la tension d’ionisation est visible, mais l’énergie s’écoule ensuite. L'image ressemble désormais au profil de tension caractéristique d'un injecteur à bobine magnétique. Que peut-on reconnaître dans cette image :
- Le cylindre 6 (bleu) est OK. Nous utilisons cette image comme référence ;
- Cylindre 4 : la tension d’ionisation est OK. L'énergie est générée dans la bobine primaire. La bobine primaire est bonne ;
- La commande du calculateur moteur ou du module d'allumage externe est OK ;
- Le cursus secondaire n'est pas visible ;
- Les bobines primaire et secondaire n'échangent donc pas d'énergie ;
- La bobine secondaire est interrompue.
L'expérience montre que la bobine secondaire d'une bobine d'allumage peut tomber en panne à cause de la chaleur. Nous pouvons détecter ce défaut avec un oscilloscope. Attention : si le moteur passe en mode ralenti, le contrôle peut être interrompu. Effectuez donc la mesure immédiatement après ou pendant le démarrage du moteur.
