Que ce soit sur les véhicules anciens ou modernes, les informations sont utilisées pour surveiller et faire fonctionner le véhicule. Il y a des capteurs, des voyants, des jauges au tableau de bord : eau, huile, essence... Mais aussi certains capteurs sans lesquels une voiture moderne ne peut pas fonctionner : débitmètre, température, pression, position, richesse...
Ils ont évolué au fil du temps. Le premier capteur évident en ancienne est le compteur de vitesse-totalisateur. En ancienne, un engrenage est pris en sortie de boîte et un câble flexible sous gaine amène l'information au tableau de bord (différents types d'embout ont été utilisés).
Les rapports d'engrenages (nombre de dents entrée/nombre de dents sortie) déterminent des vitesses et une distance parcourue précises calculées avec un rapport de pont et une taille de pneumatique prédéterminées. Sur les américaines notamment, les pignons d'engrenages (Speedometer Gear) sont interchangeables avec une plage du nombre de dents qui permet d'adapter en cas de changement de rapport de pont ou de taille de pneu.
On change la bague sur l'arbre et le pignon. Des tableaux de calcul existent (calculator), il y a souvent des codes couleur pour repérage. Le second capteur peu courant est le compte-tour mécanique. En américaine, on le rencontre essentiellement sur les Corvette (C1, C2, C3). Un engrenage est intégré au pied de l'allumeur (parfois avec un réducteur) et l'information remonte par un câble souple sous gaine.
Le dernier capteur est basique, la pression d'huile. On amène la pression d'huile par un capillaire directement à la jauge du tableau de bord. Dans la jauge, un tube expansif va se dilater et faire bouger l'aiguille. C'est le principe du tube de bourdon à déformation programmée.
Lire aussi: Révision Fiat 500 : Le guide complet
Dépression moteur
Entre la génération mécanique pure et la génération électrique, on a utilisé la DÉPRESSION MOTEUR pour actionner certains éléments du moteur. Un moteur tournant aspire de l'air, de ce fait il crée une bonne dépression (VACUUM). On utilise cette force côté moteur pour piloter l'avance à dépression d'un allumeur mécanique, un starter de carburateur, l'EGR (Exhaust Gaz Recirculation), les clapets de réchauffage moteur à l'échappement (Heat Riser), le clapet de réchauffage au filtre à air, etc...
Pour cela, on utilise des capteurs comme les TVS (Thermal Vacuum Switch), ce sont des capteurs qui commandent des éléments à dépression dès qu'une température est atteinte.
On aura donc des capteurs qui transmettront leurs informations électriquement aux voyants, aux jauges ou aux boîtiers d'injections mais qui peuvent encore être actionnés mécaniquement.
Types de capteurs
Les capteurs tout ou rien ON/OFF: souvent employés pour allumer un voyant d'alerte au tableau de bord (style pression basse huile, T° haute eau) ou donner une info au boîtier d'injection.
Les capteurs variables : employés pour les jauges du tableau de bord (T° d'eau, pression d'huile, niveau d'essence,...) ou pour donner des infos au boîtier d'injection (énormément). On utilise principalement la variation de résistance pour faire varier un signal de 0 à 12 volts (jauge) ou 0 à 5 volts (injection).
Lire aussi: Dacia : la gamme complète
Ce sont des résistances variables en 3 catégories:
- Les linéaires rhéostat (de 0 ohms à valeur max) comme par exemple pour un niveau d'essence (proportionnelle à ce qu'il y a réellement dans le réservoir d'essence de 0 à 100%).
- Les CTN, Coefficient de Température Négatif (plus c'est chaud moins il y a de résistance).
- Les CTP, Coefficient de Température Positif (plus c'est chaud plus il y a de résistance).
Les capteurs de positions variables: généralement magnétiques à impulsion ou à réluctance (variation continue). En impulsion, on compte pour savoir si quelque chose tourne, si on introduit un trou dans le comptage (un endroit sans dent), on peut déterminer une position précise comme un point mort haut (référence cylindre 1 en haut à l'allumage par exemple) et sachant le nombre d'impulsion par tour on détermine toutes les positions intermédiaires (point mort haut d'allumage des autres cylindres ou plage d'injection d'essence par exemple).
En injection, les capteurs sont surveillés par le boîtier mais cela ne suffit pas forcément à dépanner un moteur. Énormément de capteurs ont une plage de fonctionnement définie comme une résistance différente de zéro, une série d'impulsion dans le temps, un signal attendu en fonction d'autres paramètres. Si on sort des plages de fonctionnement définies ils sont détectés, le boîtier signale un problème moteur au tableau de bord et peut passer le moteur en mode dégradé (puissance faible ).
Enfin si c'est une panne de capteur et si il n'y a pas plusieurs pannes. Le boîtier peut donner des conséquences mais pas forcément les causes.....le dépannage d'observation à l'ancienne aide : pour un fusible grillé il dira que la carte est en défaut mais pas qu'il faut changer le fusible, il dira dépression faible mais pas que la durite est cuite-coupée.
Évolution des capteurs
Comme expliqué plus haut la base de nos anciennes était un capteur mécanique à câble et à base d'engrenages. Depuis le compteur est passé en version électrique - électronique basé sur un capteur de vitesse générateur d'impulsions VSS (Véhicule Speed Sensor) implanté sur la sortie boîte de vitesse. Il peut être magnétique sans contact ou à transmission primaire par engrenage puis transformation en impulsion à l'intérieur du capteur (roue magnétique interne).
Lire aussi: Choisir son monospace 7 places
Par contre il peut transiter par le boîtier d'injection (régulateur de vitesse, coupure de cylindres-MDS, ...), le boîtier de la boîte automatique (passage des rapports pilotés), l'ESP (stabilité), l'ABS (freinage), etc..
Désormais le compteur est en écran 3D (conversion par un boîtier BCM, il n'y a plus de jauge physique). En moteur essence ce n'était pas à proprement parlé un capteur puisqu'il était basé sur la sortie d'allumeur ou de boîtier commande bobine (branché sur le moins bobine ou la sortie boîtier) et il compte le nombre d'étincelle divisé par le nombre de cylindre.
Mais en moteur diesel il n'y a pas d'allumeur ou de bobine, on a donc un capteur soit magnétique soit optique. Dans certains cas , comme chez VW, c'est un capteur optique visant une mire, ou chez d'autres la coupure d'un faisceau lumineux, le résultat en sortie est toujours le même , une génération d'impulsions.
Comme expliqué plus haut à ses début il n'y a pas à proprement parlé de capteur mais un affichage mécanique directement relié au moteur et un tube de bourdon ( déformation programmée). Ensuite passage au capteur électrique basé sur une variation de résistance linéaire à rhéostat et affichage électrique basé sur l'opposition de 2 bobines , une fixe de référence et une variable venant du capteur.
Au fil du temps la forme change mais pas la technologie : variation de résistance. L'affichage par contre évolue puisqu'il y a désormais des tableaux de bord écran 3D, le signal est traité par un boîtier d'affichage, ce n'est plus une jauge physique. Un contact de pression d'huile persiste pour le voyant d'alarme (OPS : Oil Pressure Switch).
Comme expliqué dans Évolution au fil du temps, au début l'affichage de la température était donnée sur le bouchon du radiateur par un simple thermomètre (accessoire aussi bien pratique que décoratif). Ensuite passage à la résistance variable type CTN ou CTP.
L'affichage c'est d'abord fait avec une lame bi-métallique déformable à la chaleur, chauffée par une bobine plus ou moins alimentée en fonction du signal du capteur (tension variable, élongation variable qui fait bouger l'aiguille). Depuis l'affichage est passé à la jauge magnétique: une bobine crée un champ fixe auquel s'oppose un champ variable dû au capteur, l'aiguille bouge.
L'information de température pour l'injection est une base incontournable des calculs (richesse carburant). Dans les années 90 si pas de signal pas de démarrage et si moteur en marche alors coupure. Capteur tout ou rien ON/OFF il est relié à un voyant du tableau de bord et/ou au boîtier.
Le principe le plus courant est un système à 2 tiges plongeantes dans le liquide. Si liquide alors contact (voyant éteint), si plus de liquide pas de contact (voyant allumé). Si tiges salies par les dépôts vu bas en permanence. Au début il n'y avait que la règle ou le niveau visible directement sur le réservoir d'essence.
Puis passage aux capteurs de niveau à résistance variable type rhéostat. L'affichage était à lame bi-métallique chauffante puis passage aux jauges magnétiques. Aujourd'hui le signal entre dans le boîtier et est utilisé pour le niveau , le calcul de consommation, d'autonomie, etc...
Capteur tout ou rien ON/OFF il est relié à un voyant du tableau de bord. Le principe le plus courant est un système de flotteur guidé sur une tige centrale ayant 2 plots de contact. Si liquide flotteur en haut alors pas de contact (voyant éteint), si plus de liquide flotteur en bas alors contact (voyant allumé).
Elle donne l'information au boîtier d'injection du résultat de la combustion. Plusieurs technologies de matériaux, elle peut être chauffée (à 2 fils), ou non à 1 fils. Un matériau précieux réagit au taux de gaz imbrûlé (Co2) par rapport à une référence d'oxygène O2 et le transforme en signal électrique (0 à 1 volt ) que le boîtier d'injection interprète et compare à sa valeur de référence 1.
Si la valeur est 1 cela signifie que l'on est au taux théorique de mélange air-essence idéal de 14,7 . Moins il reste d'oxygène à l'échappement (inférieur à 3% ) plus la valeur descend (0,9) signe qu'il y a trop de richesse (imbrûlés). Si différent le boîtier ajustera la quantité d'essence.
Le boîtier doit savoir quelle quantité d'air entre dans le moteur pour pouvoir établir la quantité d'essence à injecter. (il corrigera avec la T° d'eau moteur, la richesse lambda , etc.. ). Deux technologies existent, plus ancien à volet (équipé d'un rhéostat) ou plus récent à fil chaud résistif (la T° du fil refroidie proportionnellement au passage d'air, sa résistance change).
A volet il comportera en plus 2 contacts intégrés (position ralenti volet quasi fermé et un autre pleine charge volet grand ouvert ) et un bypass aidant à régler la richesse. Sortie variation de tension ou impulsions.
Typique des injections, la DÉPRESSION à l'admission est une image de la charge moteur pour le boîtier, dépression forte : peu sollicité ou décélération (papillon quasi fermé ), faible : très sollicité ou accélération (papillon ouvert ), nulle moteur à l'arrêt.
Au début l'accélérateur était physiquement relié au moteur par tringle ou câble (carburateur / injection). Le carburateur étant indépendant pas besoin de retour d'information. Mais avec le passage en injection le boîtier à besoin de savoir ce que le conducteur demande au moteur.
Sur les premières injections seule la position du papillon définissait la demande puisque l'accélérateur était toujours relié physiquement au moteur. De nos jours est apparu le TBW : THROLLE BY WIRE (accélérateur par fil électrique ) et l'accélérateur n'est plus relié physiquement au papillon , c'est le boîtier qui commande par moteur électrique (et autorise) son ouverture en fonction de différents paramètres tel que le contrôle de trajectoire (ESP).
A partir du capteur pédale (demande) il vérifie ce qu'il à réglé (action) au capteur papillon (position réelle) et se corrige le cas échéant. Le capteur de position papillon est un rhéostat commandé par l'axe du papillon avec 2 contacts : ralenti (quasi fermé) et pleine charge (ouverture 100%). Avec le TBW le capteur à été doublé (4 pistes, 2 voies) : validation du signal et détection de panne. Le capteur de pédale d'accélérateur peut être à double rhéostat ( 2 voies). Il peut être à double capteur inductif (magnétique , 2 voies ).
La position du vilebrequin est essentielle pour l'allumage, avant l'allumeur mécanique s'en occupait mais avec les boîtiers d'injections c'est eux qui commande les bobines. Il faut donc qu'ils sachent quand le piston est en haut avec un mélange air-essence prêt à être allumé. Pour cela le vilebrequin possède une roue crantée et un capteur magnétique, généralement à impulsion.
Avec l'optimisation moteur on cherche à avoir un maximum de couple et de puissance à tous les régimes. Pour cela on peut décaler les arbres à cames (AAC) du vilebrequin de quelques degrés (avec des moteurs hydrauliques commandés par soupapes hydrauliques). Le boîtier doit donc savoir à tout moment ou en sont les AAC . C'est un capteur de surveillance moteur capable de corriger les éventuels excès du boîtier d'injection (trop d'avance à l'allumage) et du système VVT (trop de décalage).
Une demande d'allumage met un certain temps incompressible, cependant plus le moteur tourne vite moins on a de temps donc on demande un allumage plus tôt pour arriver au bon moment (avance). Par contre si on allume un cylindre trop tôt, en fin de compression avant la fin de montée du piston, l'explosion s'opposera à cette montée mais le piston ne pourra que continuer, cela crée un gros choc (piston,bielle,paliers,bloc moteur) : c'est le cliquetis.
Autres capteurs
Il existe aussi d'autres capteurs comme le niveau d'huile moteur, la pression de sur-alimentation turbo, la pression carburant, la température d'échappement (anti-pollution), le Nox à l'échappement (nito-oxyde d'azote, gaz à effet de serre), la régénération de FAP par km parcourus et ouverture trappe carburant nombre de pleins (Filtre à Particules), l'ESP (accélération latérale, angle de volant,... ) ou motricité (traction control) limitation d'accélération par des ordres au boîtier d'injection, l'obstacle - distance (freinage d'urgence / régulateur de vitesse adaptatif), la position pédale embrayage ou freinage (autorisation démarrage, régulateur de vitesse, stop and start), la pression basse gaz clim forçage en marche du ventilateur moteur, le rapport engagé (éco-conduite, information), le démarrage sans clé et transpondeurs qui verrouillent le boîtier d'injection, etc....etc....
Destinés à informer le conducteur ou encore les différents calculateurs, les capteurs se sont multipliés jusqu'à se trouver par dizaines dans nos voitures.
Fonctionnement de quelques capteurs spécifiques
Capteur de vitesse: Situé vers la boîte de vitesse pour le principal, il informe le calculateur de la vitesse du véhicule grâce à la mesure de la rotation de l'arbre primaire de boîte. Le résultat est déduit par un calcul en fonction de la taille des roues et des engrenages (si vous changez le diamètre de vos roues, le compteur risque donc de vous indiquer une mauvaise vitesse). Notez aussi que les roues en bénéficient aussi afin de faire fonctionner les systèmes électroniques d'aide à la conduite : ABS, ESP etc...
Capteur de température d'eau: Ce capteur va donc estimer la température dans le circuit de refroidissement par eau. Il permet de vérifier qu'elle ne dépasse pas le seuil critique, qui produit alors l'allumage du ventilateur situé au niveau du radiateur. Cela permet aussi de piloter au mieux l'injection (le calculateur se sert donc de cette donnée). La mesure de la température se fait de manière électrique. En effet, la résistance électrique d'un élément (le platine dans notre cas) varie selon la température. En mesurant la résistance (difficulté plus ou moins importante qu'a l'électricité à traverser un corps) on peut donc déduire la température qu'il fait. Notez au passage que la chaleur est incarnée par le mouvement des atomes.
Capteur de niveau d'eau: Sur certaines autos nous avons un capteur qui vérifie le niveau d'eau dans le vase d'expansion, il n'est donc pas systématiquement présent, selon le segment de l'auto (qui induit plus ou moins de restrictions au niveau du coût de revient).
Capteur de température d'huile: Le principe est le même mais s'applique à l'huile. Cette dernière est chaude un peu plus tard que l'eau.
Capteur de pression d'huile: Pas forcément indiqué au conducteur, le capteur de pression d'huile permet de contrôler que tout va bien au niveau du circuit de lubrification.
Capteur de niveau d'huile: Pas systématiquement présent, le capteur de niveau d'huile se situe vers le carter (l'espèce de "bassine" qui comprend la vis de vidange accrochée sous le moteur).
Capteurs liés au moteur électrique: Tout ce qui est motorisé par un moteur électrique a généralement en retour une position pour le calculateur, ou plutôt comme c'est le calculateur qui décide de la position il a forcément l'information "en tête".
Capteur de position du volet papillon: Un potentiomètre permet de détecter et positionner le volet papillon : selon la position la tension émise n'est pas la même.
Capteur de position de la pédale d'accélérateur: Même principe que pour le papillon, un potentiomètre (doublé par question de sécurité) envoi l'information au calculateur. Il est fini le temps ou la pédale était reliée à un carburateur par un câble ...
Capteur de position du volant: Très utile pour l'ESP, la position du volant est en effet importante pour le calculateur en charge de maîtriser la trajectoire du véhicule.
Capteur de force sur le volant: Ce capteur permet de voir si la personne exerce une force sur le volant (dans un sens ou l'autre) ainsi que de mesurer cette fameuse force.
Capteur PMH (Point Mort Haut): PMH pour point mort haut, il indique au calculateur (qui pilote le moteur) la position des pistons dans le moteur.
tags: #tous #les #capteurs #automobile #fonctionnement