Capteur inductif de position du vilebrequin - démarrage Style flottant (non mis à la terre)

Les références relatives à la bague de remontée ci-dessous concernent un certain nombre de composants éventuels :

L’objectif de ce test consiste à évaluer le fonctionnement d'un capteur de position de vilebrequin (CPS) de type inductif sans référence à la masse, généralement appelé un CPS flottant.

Remarque : Le fonctionnement correct du CPS flottant de type inductif dépend de l'intégrité de l'enroulement de bobine interne du CPS, du circuit du CPS, du montage du CPS par rapport au capteur d’allumage et de l’entrefer entre le CPS et la bague de remontée.

La procédure d’essai ci-dessous présume que les conditions mentionnées ci-dessus sont toutes correctes et que le CPS fonctionne correctement. Les éventuelles défaillances identifiées concernant le fonctionnement du CPS lors de la conduite de ces essais n'indiquent pas nécessairement une défaillance du CPS lui-même.

Le CPS présente des caractéristiques opérationnelles qui sont incohérentes en raison de défauts de circuit, d’interférences électromagnétiques, de défaillances mécaniques (anneau de remontée) ou d’erreurs de mesure/connexion. Les résultats obtenus sont donc les symptômes de troubles sous-jacents et ne découlent pas d'un CPS défectueux. Il est donc primordial d'effectuer un contrôle de base de tous les éléments ci-dessus avant de prendre les mesures pour éviter un diagnostic erroné du CPS.

Toutes les lectures numériques indiquées dans cette rubrique d'aide sont standards et ne s’appliquent pas à tous les types de moteurs.

Figure 1 - Scope connections

Comment réaliser le test

Le CPS inductif de type flottant utilise généralement 2 câbles, qui tous deux portent des images miroirs du signal de vitesse du vilebrequin et qui sont souvent protégés par un câble de masse extérieur de style coaxial.

Pour obtenir les résultats d’essai corrects, il est essentiel d'établir l'orientation correcte de chaque forme d'onde (consultez la section Diagnostic) :

1. Localisez et débranchez la prise multiple du CPS.
2. Insérez deux câbles de dérivation universels appropriés entre le CPS et le câblage du véhicule afin de refaire le circuit (consultez la Fig 1 ci-dessus).
3. Raccordez le câble d’essai bleu TA125 au canal A de l’oscilloscope (borne BNC).
4. Raccordez le câble d’essai bleu (borne de 4 mm) à l’un ou l’autre des câbles de dérivation raccordés au CPS.
5. Raccordez le câble d’essai rouge TA126 au canal B de l’oscilloscope (borne BNC).
6. Raccordez le câble d’essai rouge (borne de 4 mm) au câble de dérivation restant qui est raccordé au CPS.
7. Raccordez les câbles de terre noirs (bornes de 4 mm) depuis les deux câbles d’essai au châssis du véhicule ou à la borne négative de la batterie à l’aide de la pince de batterie noire TA158.Remarque : Les câbles de mise à la terre peuvent être empilés.
8. Démarrez le logiciel de votre oscilloscope en appuyant sur la barre d’espace de votre clavier ou sur le bouton Aller dans PicoScope.
9. Démarrez le moteur pendant 3 secondes tout en surveillant le signal sur le canal A et le canal B.
10. Appuyez sur les boutons Aller/Arrêt dans PicoScope pour arrêter la prise de mesure et permettre une analyse des formes d’ondes (consultez la Figure 2 ci-dessous).

Exemple de forme d’onde

Figure 2 - 50 ms div

Figure 3 - 20 ms div

Toutes les valeurs présentées dans l’exemple de formes d'ondes sont standards et non spécifiques à tous les types de véhicules.

NB : un signal est présent sur les deux câbles du CPS.

Canal A. La figure 2 (exemple de forme d'onde 1) présente la sortie principale de tension de courant ca du CPS lors du démarrage à 50 ms/div pour afficher 1 tour de vilebrequin complet sur un seul écran.

Canal B. Comme pour le canal A, mais affiche la sortie de tension CA du sous-signal.

Canal A. La figure 3 (exemple de forme d'onde 2) présente la sortie principale de tension ca du CPS lors du démarrage à 20 ms/div pour mettre en évidence les dents individuelles et la ou les dents manquantes de la bague de remontée.

Canal B. Comme pour le canal A, mais affiche la sortie de tension CA du sous-signal.

Consultez les données techniques sur le véhicule pour connaître les conditions et les résultats de test spécifiques.

Valeurs types
Démarrage du moteur : Non démarrage

①      La règle du signal à zéro volt doit traverser le centre de la forme d'onde du CPS.

②      Indique les dents manquantes de la bague de remontée du CPS, qui est souvent confondu avec le FPC. Notez que l'orientation de la forme d'onde diffère entre le canal A et le canal B(consultez la section Remarques sur le diagnostic ci-dessous).

③      L'amplitude minimale de la tension du signal de sortie du CPS due à la réduction de la vitesse de démarrage suite à la course de compression (consultez la section Informations complémentaires ci-dessous).

④      L'amplitude maximale de la tension du signal de sortie du CPS due à l’augmentation de la vitesse de démarrage suite à la course de détente (consultez la section Informations complémentaires ci-dessous).

⑤      Les échelles de temps et de rotation indiquent une révolution du vilebrequin entre les dents manquantes de l'anneau d’angle de contact. L’exemple de formes d'ondes confirme 35 dents dans une révolution du vilebrequin avec une dent manquante, indiquant la position du vilebrequin.

⑥      Indique la vitesse de démarrage du moteur en fonction de la position des règles de temps ⑤. Les règles de temps mis au niveau des dents manquantes subséquentes de la bague de remontée permettent à PicoScope de calculer la fréquence de 1 cycle complet (révolution) du vilebrequin. La fréquence et, qui plus est, le régime moteur, sont alors tous deux affichés au niveau du point ⑥.

Diagnostic

Le PCM utilise le signal sur les deux câbles du CPS flottant afin de déterminer la position et la vitesse du vilebrequin. Aucun câble n’est relié à la terre (d'où le terme flottant) et, par conséquent, tous deux portent une image miroir de la tension CA générée par le CPS. Le PCM requiert la bonne orientation du signal sur le câble concerné afin de déterminer la vitesse et la position du moteur.

Le canal A indique l'orientation correcte d'un signal type de CPS et est considéré comme la sortie primaire ou principale du signal, tandis que le canal B appelé ici l’entrée de sous-signal. Les deux entrées sont fondamentalement identiques, mais leur orientation doit être correcte pour le câble concerné du CPS.

Consultez toujours le manuel d’atelier du fabricant pour les numéros de broches du PCM et du CPS afin de vous assurer que l’orientation correcte du signal du CPS arrive au PCM sur le câble concerné.

Pour identifier les signaux principaux et les sous-signaux, consultez la Figure 4 :

Étant donné que nous mesurons chaque câble de signal du CPS flottant individuellement en nous référant à notre point de masse de câble d’essai, nous ne pouvons pas mesurer l’amplitude réelle du signal du CPS. Dans la plupart des applications, ceci n’a pas d’importance pour les inspections de l’orientation et du calage/de la corrélation, mais si l’amplitude réelle est douteuse, alors nous pouvons appliquer un canal mathématique (canal A − canal B) pour révéler l'amplitude réelle en fonction de la tension différentielle des signaux principaux et des sous-signaux. Consultez la Figure 5.

Pour afficher les canaux mathématiques A-B intégrés aux signaux acquis du CPS, sélectionnez : Outils > Canaux mathématiques > cochez la case adjacente à A-B et sélectionnez OK. Un troisième canal mathématique s’affiche avec l'amplitude réelle du CPS flottant.

Le PCM calcule la tension différentielle provenant des signaux principaux et des sous-signaux présents sur les deux câbles du CPS. À l'aide des canaux mathématiques (A-B) ci-dessus, laissez l’oscilloscope révéler l’amplitude réelle du CPS tel qu'utilisé par le PCM pour identifier la vitesse et la position du moteur.

Informations complémentaires

Le CPS doit être considéré comme l'un des composants fondamentaux du système moderne de gestion du moteur. Malgré sa construction remarquablement simple, le fonctionnement approprié du CPS est primordial pour assurer un fonctionnement efficace du moteur. Afin d’apprécier pleinement le rôle que joue le CPS inductif, il faut comprendre le principe de fonctionnement derrière la tension ca générée par ce composant essentiel. Une fois que nous comprenons comment ce composant fonctionne, nous pouvons évaluer la cause des erreurs éventuelles dans notre forme d'onde.

Principe de fonctionnement

Le CPS inductif comprend deux éléments essentiels : une bobine de fil enroulée sur un aimant permanent.

Chaque extrémité de la bobine de fil se termine au niveau du module de gestion de la puissance lorsque la tension de courant ca du signal de sortie générée (présente sur les deux câbles) est utilisée par le module de gestion de la puissance pour indiquer la vitesse et la position du vilebrequin (consultez la Figure 6).

Génération de tension de courant ca

L'aimant permanent contenu dans le CPS produit naturellement un champ magnétique autour des enroulements de bobine. Si un objet métallique est introduit dans ce champ magnétique (sous la forme de notre bague de remontée), l'intensité du champ magnétique varie, et elle augmente ou diminue selon la vitesse et le sens de déplacement de la bague de remontée (consultez la Figure 7). La variation du champ magnétique a l'effet désiré d'induire une tension de courant ca dans l'enroulement de la bobine, que le module de gestion de la puissance peut utiliser pour indiquer la vitesse et la position du moteur.

N.B. : seule la variation du champ magnétique induit une tension de courant ca dans les enroulements de la bobine. Si la bague de remontée s’arrête, aucune tension n’est générée, quelle que soit la position de la bague de remontée par rapport au CPS.

Tension de sortie du capteur inductif de position du vilebrequin par rapport à la bague de remontée

La forme d'onde du CPS comprend une perte de signal où la bague de remontée comporte un écart délibéré (dent(s) manquante(s)) dans l’intervalle régulier entre les dents (consultez les Figures 8 et 3).

Le module de gestion de la puissance utilise cette perte de signal pour identifier la position du vilebrequin, qui peut ou non se référer au TDC. Les fabricants utilisent les dents manquantes de la bague de remontée pour indiquer une variété de positions du vilebrequin. Par ex. : pistons alignés (position sécurisée du moteur), TDC, le nbre de degrés avant TDC, ou encore, ils peuvent choisir une combinaison de dents manquantes à des intervalles de 90 degrés. Pour une évaluation précise du signal de référence de la position du vilebrequin, consultez le manuel de réparation concerné.

Le calcul de la vitesse du vilebrequin dépend de la fréquence du signal de sortie ca depuis le CPS. Quand la vitesse du vilebrequin augmente, la hausse de la fréquence du signal de sortie du CPS est directement proportionnelle. L'amplitude du signal augmente également avec une vitesse de moteur, à plus de 20 V ca avec des vitesses de moteur supérieures (consultez la Figure 9).

La hausse et la réduction de la fréquence/l’amplitude sont présentées aux Figures 2 et 3, où la charge exercée sur le vilebrequin pendant la course de compression entraîne une réduction momentanée de vitesse du vilebrequin ③. Ici, nous observons une diminution de la fréquence et une chute de l'amplitude, en contradiction directe par rapport au point ④ où la vitesse du vilebrequin augmente momentanément juste après la compression du TDC (course de détente), entraînant une hausse de la fréquence et de l'amplitude.

La hausse et la chute de la fréquence et de l'amplitude peuvent servir d’indication de l'état de la compression du moteur. En présumant que toutes les compressions du moteur sont égales, nous devrions obtenir une hausse et une chute uniformes du signal du CPS avec une vitesse de démarrage constante.

La vitesse de démarrage est une entrée essentielle du module de gestion de la puissance à prendre en compte lorsque des problèmes de démarrage inefficace ou prolongé sont signalés.

Il est possible de calculer la vitesse de démarrage à partir du signal du CPS en plaçant les règles de temps à chaque point consécutif de perte de signal mesuré (dent(s) manquante(s)) ; consultez la Figure 2 ②.

La grande majorité des bagues de remontée contiennent 36 ou 60 dents avec 1 ou 2 dents manquantes en un point unique de leur circonférence. Le positionnement des règles de temps directement aux points de perte de signal permet d’indiquer 1 tour de vilebrequin. Dans l’exemple de formes d’ondes ci-dessus, il y a 35 dents entre les règles de temps, ce qui indique donc une bague de remontée avec 35 dents autour de la circonférence, avec 1 dent manquante pour la référence de position du moteur (36 dents − 1 dent = 1 révolution du vilebrequin).

Le positionnement d’une règle de temps en des points consécutifs de perte de signal dans la forme d'onde permet à PicoScope de calculer la vitesse de démarrage en fonction de la fréquence du vilebrequin (cycles par seconde).

Dans la Figure 2, chaque règle de temps est positionnée au point des dents manquantes ② (une révolution du vilebrequin) où la fréquence entre les règles de temps est calculée à 3,954 Hz dans la légende de fréquence ⑥.

Afin de convertir la fréquence en tr/min, on multiplie simplement 3,954 Hz par 60 pour obtenir 237,26 tr/min. La fréquence et la valeur en tr/min du vilebrequin sont affichées dans la légende de fréquence ⑥.

Dépannage (tests du circuit)

Capteur de position du vilebrequin installé et débranché des câblages du véhicule

La valeur de la résistance de la bobine de fil enroulée autour de l'aimant permanent donne une indication de l'intégrité du CPS et elle est essentielle pour obtenir une tension/un signal de sortie correct. Des valeurs de résistance incorrectes ou un court-circuit à la masse du véhicule se traduisent par une défaillance du signal de sortie.

Comme les valeurs types de la résistance de la bobine de fil du CPS varient selon les fabricants, référez-vous au manuel de réparation pour les spécifications correctes.

Afin de tester la valeur de la résistance du CPS, débranchez le capteur du câblage du véhicule et raccordez un ohmmètre, comme l’illustre la Figure 10 ci-dessous :

Bien que la résistance du CPS figure éventuellement dans les spécifications, il est également possible de contrôler très rapidement la présence éventuelle d’un court-circuit à la masse en même temps que le contrôle de la résistance. La figure 11 indique comment l'ohmmètre est raccordé pour confirmer l’absence de court-circuit à la masse du véhicule. Une valeur supérieure à 10 kOhms suffit pour confirmer l’absence de court-circuit (une valeur de résistance infinie ou de circuit ouvert est souhaitable).

Capteur de position du vilebrequin installé et raccordé aux câblages du véhicule

Selon les fabricants, une tension de polarisation peut être présente sur l’un ou l’autre câble du CPS. La tension de polarisation est fournie par le module de gestion de la puissance et utilisée pour aider à diagnostiquer les erreurs de circuit du CPS et les réductions du bruit (interférences provenant de composantes électriques voisines).

Afin de mesurer la tension de polarisation, raccordez PicoScope exactement comme indiqué ci-dessus, dans la section Comment effectuer le test (Figure 1), et suivez les étapes 1 à 7, puis :

8.  Sélectionnez le couplage CC pour le canal A et le canal B (consultez la Figure 12).

9.  Mettez le contact (ne pas lancer ou démarrer le moteur).

10. Appuyez sur le bouton « Stop » dans PicoScope pour arrêter la prise de mesure et permettre une analyse des formes d’ondes.

Un contrôle physique du CPS sera nécessaire si la forme d’onde obtenue présente un élément inquiétant. La liste ci-dessous met en évidence certains éléments clés à contrôler.

Installation du CPS sur le logement / montage. Le capteur doit être installé correctement et en toute sécurité.
Contrôlez que l’extrémité du CPS n’est pas endommagée / ne contient aucun objet étranger.
Contrôlez que la bague de remontée n’est pas endommagée / ne contient aucun objet étranger.
Inspectez l’entrefer entre le CPS et la bague de remontée.
Inspectez le faux rond de la bague de remontée.
Inspectez le jeu d'extrémité de la bague de remontée.
Contrôlez que le CPS ne présente aucune infiltration d’eau / de liquide de refroidissement ni aucune corrosion.
Inspectez l’alignement du numéro de broche de connecteur du CPS et du module de gestion de la puissance conformément aux spécifications du véhicule.
Inspectez l'emplacement du CPS pour les sources d'interférence (gros consommateurs de courant, par ex. : démarreur, bobines d'allumage et injecteurs).

AT428-1(FR)