Bien comprendre pour bien tester : Le système d’allumage

Nickolas Emery est directeur, secteur automobile, pour l'APEEMQ et enseignant en mécanique automobile à l'École professionnelle des métiers de Saint-Jean-sur-Richelieu. (Photo : Nickolas Emery)

Au coeur du moteur, le système d’allumage est un composant névralgique dont le fonctionnement doit bien être compris.

Avant de débuter, regardons de plus près ce qui se passe juste avant qu’il y ait combustion dans un cylindre. Le piston descend dans le cylindre et aspire l’air par le passage créé par l’ouverture des soupapes d’admission. Il débute ensuite sa remontée. Les soupapes d’admission se referment et l’injecteur pulvérise sous haute pression de l’essence dans le cylindre, dans le cas d’un moteur à injection directe.

La montée du cylindre compresse le mélange air-essence, ce qui augmente sa pression et sa température. Le piston s’approche du point mort haut, le mélange est prêt à s’enflammer. Il ne manque qu’un seul élément pour enflammer le mélange air-essence : une étincelle puissante, d’une durée suffisante et produite au bon moment. Cette dernière tâche est précisément le travail du système d’allumage.

En effet, les systèmes d’allumage élèvent la tension de la batterie à plusieurs milliers de volts pour réussir à franchir l’écart entre les électrodes de la bougie, et pour enflammer le mélange air-essence. Cette élévation de la tension se produit à l’intérieur de la bobine d’allumage grâce aux phénomènes d’inductions entre deux enroulements ; primaire et secondaire. Le PCM (module de gestion du groupe motopropulseur) s’assure de produire cette étincelle au bon endroit et au bon moment. La compréhension du fonctionnement du système d’allumage est essentielle pour pouvoir le diagnostiquer de manière efficace.

Circuit de la bobine primaire 

allumage

Figure 1

La bobine primaire est constituée de quelques centaines de tours de fils. Elle est alimentée par la tension de la batterie. Lorsque son circuit est fermé par le PCM, elle se charge (Point A sur la figure 1). C’est-à-dire que le courant circule dans les enroulements et qu’un champ magnétique se bâtit autour d’elle. À mesure que le champ magnétique grossit, il coupe les mêmes enroulements qui l’ont produit et induit une force contraire qui ralentit le déplacement des électrons à l’intérieur de la bobine. Cet effet cause un délai de quelques millisecondes entre la fermeture du circuit et l’atteinte du champ magnétique maximal de la bobine (Point B sur la figure 1). Ce phénomène est responsable de la forme de rampe de l’oscillogramme d’intensité des bobines d’allumage (figure 1).

Une fois que le champ magnétique est maximal, la bobine est saturée et la circulation de courant à l’intérieur de celle-ci n’apportera rien de plus que de la production de chaleur. Au moment déterminé par le PCM grâce à ses capteurs et sa cartographie, il ouvrira le circuit primaire causant un affaissement instantané du champ magnétique (Point C sur la figure 1).

Circuit de la bobine secondaire
Nous avons vu que l’énergie du circuit primaire provenait de la batterie. Celle du circuit secondaire provient du champ magnétique de la bobine primaire. Elle est transmise au circuit secondaire lorsque le circuit primaire s’ouvre et que le champ magnétique de celui-ci s’affaisse.

allumage

Figure 2

En s’effondrant, le champ magnétique coupe les milliers de tours de fils de la bobine secondaire et induit alors dans celui-ci une tension de plusieurs milliers de volts. La tension induite dans la bobine secondaire montera jusqu’à ce qu’elle parvienne à ioniser le mélange air-essence entre les électrodes de la bougie (Point A sur la figure 2).

Une fois que la partie du mélange qui se trouve entre les électrodes de la bougie est ionisée, un arc électrique se formera entre les électrodes et la tension nécessaire au maintien de l’étincelle sera beaucoup moindre que celle nécessaire pour franchir initialement l’écart. L’étincelle durera tant qu’il y aura assez d’énergie pour la maintenir (Point B sur la figure 2). Il faut comprendre que plus l’énergie nécessaire pour ioniser le mélange sera grande, plus l’étincelle sera de courte durée. Lorsque l’énergie disponible devient insuffisante au maintien de l’étincelle, celle-ci s’arrête. L’énergie restante sera dissipée sous forme d’oscillations (Point C sur la figure 2).

Diagnostic
Des problèmes dans le circuit primaire ou secondaire affecteront assurément la production d’une étincelle puissante au bon moment entre les électrodes de la bougie. La compréhension du système vous permettra de cibler les tests à effectuer pour cerner rapidement la source du problème de votre système d’allumage. Voici quelques exemples de vérifications sur les systèmes d’allumage.

allumage

Figure 3

Circuit primaire
Pour fournir son rendement maximal, la bobine doit être alimentée par la tension de la batterie et avoir une masse propresans résistance parasite qui diminuerait le courant dans le circuit primaire et donc l’énergie produite par la bobine. L’oscillogramme de tension du circuit primaire (lorsque possible), combiné à celui de l’intensité du circuit primaire, nous informe rapidement sur la qualité du circuit primaire (figure 3). Le point A nous indique la tension d’alimentation de la bobine. Cette tension devrait être très près de la tension de la batterie. Le point B nous indique la chute de tension sur le circuit de masse. Cette tension devrait rester à une valeur inférieure à deux volts. Le point C indique l’intensité maximale atteinte lors de la période de saturation.

En général, cette valeur se situe entre 6 et 12 ampères. La vérification de la consommation de toutes les bobines peut même être faite directement à partir du fusible qui les alimente (figure 4). Sur la figure 5, on remarque rapidement un problème sur le circuit primaire d’une des quatre bobines (figure 5). Sur les bobines transistorisées (plus de deux fils), la qualité du signal de commande peut être confirmée grâce à l’oscilloscope (figure 6).

moteur

Figure 4

allumage

Figure 5

allumage

Figure 6

Lors du diagnostic d’un système d’allumage, il faut se rappeler que le but de ce système est de produire une étincelle suffisamment puissante pour enflammer le mélange air-essence et de la débuter au bon moment. Votre compréhension du système vous permettra de choisir les vérifications les plus efficaces pour identifier la source du problème. La prochaine chronique traitera des vérifications du circuit secondaire.

Paratagez-le !