Je continue aujourd'hui mes capsules mécaniques. Dans mon précédent article, je vous parlais de l'allumage et de sa gestion mécanique. Je vous disais qu'aujourd'hui la plupart des voitures n'utilisent plus ce genre de système et c'est bien vrai. Par contre, les principes de base comme l'avance à l'allumage et le temps d'allumage demeurent les mêmes. C'est seulement la façon dont le tout est géré qui a changé. L'arrivée du transistor et des premiers micro-ordinateurs a changé beaucoup de choses dans la vie de tous les jours et la voiture n'y a pas échappé. Le premier système d'allumage géré électroniquement est apparut en 1955 dans les Formule 1 BRM qui courait à l'époque, tandis que la première voiture de production à être équipée d'un tel système fut une Pontiac de 1963 avec le système Delcotronic.
Aujourd'hui cette méthode est largement répandue et tout moteur qui se respecte en est équipé. C'est pourquoi la deuxième partie de mon article portera sur la gestion électronique de l'allumage.
Ordinateur de contrôle moteur ( « ECU » ou « PCM » en anglais).
On parle de gestion électronique, alors évidemment il y a quelque chose qui va gérer tout ça. Ce quelque chose est carrément un micro-ordinateur. Vous avez peut-être déjà entendu parler d'un ECU ou d'un PCM, ce sont en fait des abréviations pour décrire le dit ordinateur. ECU ça veut dire « Engine Control Unit » en anglais et PCM tient pour « Powetrain Control Module ». Carrément ordinateur de contrôle moteur. C'est le cerveau de votre moteur si vous voulez. On peut le séparer en deux partie. Une partie réceptrice et une partie active. La partie réceptrice recueille différentes informations à partir de plusieurs capteurs situés sur le moteur et sur la transmission. Ces informations sont ensuite envoyées au processeur. Ce dernier analyse l'information et décide d'une stratégie d'action. Cette stratégie est ensuite envoyée aux différents actuateurs contrôlés par le PCM et ces derniers influent directement sur le fonctionnement du moteur. Évidemment, le tout est pré-programmé par les ingénieurs au stade de conception de la voiture. Il est possible de modifier ou hacker ce programme, mais ce sera le sujet d'un futur article.
Dans le cas qui nous intéresse ici, le PCM fera s'allumer et s'éteindre les bougies d'allumage en synchronisme avec les temps moteurs et la charge moteur demandée ( « engine load » en anglais). La charge moteur est tout simplement un idée abstraite qui fait référence au travail qu'on demande au moteur. Littéralement est-ce que notre moteur force ou pas? Ce sont les différents capteurs qui pourront renseigner le PCM sur cette mesure. Je passe en revue ci-dessous les dits capteurs qui ont attrait à l'allumage.
Capteur de position du vilebrequin ( « crankshaft position sensor » en anglais ou abbrègé CPS).
Dans les systèmes les plus rudimentaires, on doit absolument avoir un capteur de position du vilebrequin (CPS). Ce dernier envoi à l'ordinateur la position du vilebrequin et grâce à la programmation, le PCM peut savoir quel piston arrive dans son temps d'allumage et ainsi allumer la bonne bougie à l'aide de la bobine d'allumage.
Le fonctionnement de ce capteur est assez simple. La très grande majorité fonctionne selon le principe de l'effet Hall. Ce principe n'est pas très compliqué et s'apparente un peu au fonctionnement de l'alternateur. On a un bobinage de fil de cuivre qu'on appel relucteur. En faisant passer un aimant permanente devant ce dernier, il se crée un courant électrique grâce au champ magnétique de l'aimant. La variation du courant est le signal qui sera envoyé à l'ECU. Dans la plupart des CPS on a soit une absence de courant ou un courant de 5 volts. C'est donc un signal digital qui sera facilement interprété par le processeur. La petite animation ci-dessous explique très bien en image le fonctionnement.
Les aimants permanents sont le plus souvent situés sur la poulie du vilebrequin à l'extérieur du bloc moteur et le relucteur ou CPS se servira de cette dernière pour déterminer la vitesse de rotation du vilebrequin. Le CPS peut aussi être placé à l'intérieur du bloc, les aimants sont alors intégrés au vilebrequin. On peut aussi placer les aimants sur le volant moteur à l'autre bout du vilebrequin. L'emplacement a peut d'importance en autant que le CPS puisse lire la vitesse du vilebrequin. Certains moteurs utilisent d'autre principe comme un obturateur optique ou un capteur à induction.
Capteur de position de l'arbre à cames ( « camshaft position sensor » ou « cam sensor » en anglais).
Ce capteur sert à déterminer la position de l'arbre à cames. Il n'est pas strictement nécessaire, mais le devient lorsqu'on utilise la distribution variable. La position de l'arbre à cames par rapport à celle du vilebrequin permet de déterminer avec encore plus de précision le moment de l'allumage. La plupart fonctionne d'après l'effet Hall décrit plus haut.
Le capteur est normalement placé dans la culasse près de la poulie d'arbre à cames. Évidemment, si le moteur n'est pas un moteur SACT ou DACT le capteur sera positionné ailleurs en autant qu'il puisse lire facilement la position de l'arbre à cames.
Capteur d'air volumétrique ou barométrique ( « mass airflow meter » ou « manifold air pressure sensor » en anglais ).
Je vous disais plus haut que l'ECU doit aussi déterminer la charge du moteur pour savoir s'il force ou pas. Cette mesure aidera surtout à déterminer, avec l'aide des autres capteurs déjà mentionnés, l'avance à l'allumage. Plus le moteur forcera plus on avancera l'allumage pour que le couple du moteur vienne à bout du travail qu'on lui demande.
Je vous expliquais aussi dans une de mes chroniques précédentes qu'un moteur à explosion est en fait une grosse pompe à air. On doit faire entrer plus d'air pour faire brûler plus d'essence pour avoir plus de puissance. Ça revient donc à dire que plus notre moteur tourne rapidement plus il aspirera d'air par sa tubulure d'admission. Cet air qui est aspiré crée une dépression atmosphérique momentané dans la tubulure d'admission. Cette dépression est appelé « vacuum » en anglais et est très importante. Plus la dépression est forte plus le moteur force. C'est-à-dire que quand le moteur force il tourne moins vite et les pistons ont le temps d'aspiré plus d'air dans la chambre de combustion.
Si on pouvait mesuré cette dépression dans la tubulure d'admission on pourrait mesuré la charge moteur. Eh bien, c'est exactement ce que ces deux capteurs font. Le premier est carrément un baromètre c'est-à-dire qu'il mesure la pression à l'intérieur de la tubulure d'admission, « air intake manifold » en anglais. C'est pourquoi on l'appel « manifold air pressure sensor » ou MAP en abrégé. Il est le plus souvent constitué d'un clapet qui s'ouvrira plus ou moins dépendant du vaccum présent derrière lui. Le degré d'ouverture est alors mesuré par un potentiomètre situé sur la penture du clapet. La variation de voltage de 0 à 5 volts permet au processeur de calculer le vacuum présent dans la tubulure d'admission.
Le capteur d'air volumétrique quant à lui mesure la quantité d'air qui passe dans la tubulure d'admission. Plus l'air passe vite plus la dépression sera faible tandis que plus l'air passe lentement plus elle sera grande. Ce sont les pistons du moteur qui feront accélérer ou ralentir le flux d'air dans la tubulure.
Le capteur utilise normalement un fil métallique où on fait passer un courant électrique. Due à la résistance électrique ce fil s'échauffe. Si on souffle de l'air plus ou moins froid sur ce dernier sa résistance sera plus ou moins grande et il laissera passer plus ou moins d'électricité. Le courant électrique variera ainsi de 0 à 5 volts. C'est ce signal qu'on envoi au processeur et qui lui permettra de déterminer la quantité d'air qui passe dans la tubulure d'admission.
Le gros problème de ces capteurs c'est qu'on doit savoir la température de l'air ambiant pour pouvoir comparer les valeurs mesurés aux tables d'allumage contenu dans le PCM. On doit donc avoir un autre capteur séparé qui mesurera cette température. De plus, idéalement il peut s'avérer utile de connaître la pression atmosphérique ambiante ce sera alors le rôle d'un autre capteur prévu à cet effet.
Bobine d'allumage ( « ignition coil » ou tout simplement « coil » en anglais ).
Dans des moteurs modernes c'est le PCM qui sert de distributeur. Un transistor reçoit le signal du PCM et permet de libérer la charge électrique transformée et accumulée dans la bobine ( Voir la première partie pour plus de détails. ) . Étant donné que le tout est maintenant électronique et non mécanique on peut d'autant plus rapetisser et même miniaturiser la bobine.
Dans le moteur de votre voiture, qui pour les besoins de la cause est équipé d'un moteur 4 cylindres, on a normalement 2 bobines reliés au PCM. C'est ce que l'on appel un système « wasted spak », carrément étincelles perdues. Une bobine contrôle 2 bougies. Le PCM envoi le signal à la bobine et cette dernière décharge son courant dans les bougies auxquelles elle est connecté. Par contre, un seul piston est dans son temps d'explosion, alors l'autre étincelle est gaspillés. Ça n'a pas beaucoup d'importance si ce n'est que la bougie concernée s'allume pour rien. Cela peut amener une usure prématuré, mais ce n'est pas si dramatique. Le plus gros problème c'est que l'avance à l'allumage sera la même pour les deux bougies. Encore là ce n'est pas dramatique, mais dans un monde idéale chaque cylindre doit être contrôlé séparément.
La solution à ce problème est simple, on installe un bobine par bougie. C'est l'allumage direct, « direct ignition » en anglais ou on peut aussi parler de « coil-on-plug ». Coil-on-plug ça veut dire bobine sur bougie. On a donc la bobine qui est directement branché sur la bougie d'allumage et chaque bougie est donc contrôlé directement par le PCM ce qui permet de contrôler avec une extrême précision l'avance à l'allumage et même la tension qui est envoyé dans la bougie. Les moteurs vraiment modernes ou ceux qui ont à cœur notre planète utilisent tous ce système.
C'est tout pour ce soir, étudié bien ça parce que la prochaine étape est l'injection d'essence.
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