Nécessité d’une détection du cliquetis
Une détection efficace du cliquetis permet, indirectement, de réduire la consommation des moteurs. En effet le rendement d’un moteur dépend directement de son taux de compression, malheureusement un taux de compression élevé favorise aussi l’apparition du cliquetis. Les moteurs récents ont des taux de compression les plus élevés possibles ce qui tend à réduire la marge de sécurité entre l’avance à l’allumage optimale et celle qui provoque l’apparition du cliquetis.
Cette marge étant aujourd’hui très faible, il est possible que dans certains cas de fonctionnement, du cliquetis apparaisse (forte chaleur, mauvais carburant…). Si on veut pouvoir travailler au plus proche de cette limite (et donc au meilleur rendement), le système de contrôle moteur doit être capable déceler son apparition et de diminuer l’avance à l’allumage afin d’éviter toute détérioration du moteur.
Caractéristiques du cliquetis
Le phénomène appelé cliquetis est une inflammation en masse du mélange air/carburant en amont du front de flamme. Cette inflammation incontrôlée et violente provoque des ondes de pression destructrices dans la chambre de combustion à une fréquence caractéristique de 5-15kHz. C’est par la mesure de ces vibrations caractéristiques que va s’effectuer sa détection. Pour plus de détails a propos du cliquetis cliquez ici
Remarque : C’est généralement à bas régime et toujours à forte charge que le cliquetis apparaît. Diminuer l'avance à l'allumage permet d'éliminer le cliquetis car retarder la combustion permet de diminuer les températures et pressions maximales atteintes pendant la combustion.
Le capteur de cliquetis
Le capteur est en fait un accéléromètre qui va mesurer les vibrations du bloc moteur. Les capteurs piézoélectriques sont particulièrement efficaces en ce qui concerne les mesures a haute fréquence. Lorsqu’on applique une contrainte à un élément en quartz des électrons sont chassés de sa structure cristalline, il apparaît donc une tension aux bornes de l’élément. Dans le cas du capteur de cliquetis, un élément en quartz est monté en sandwich entre une pièce solidaire du bloc moteur et une masse sismique. Les vibrations vont donc engendrer des efforts de compression et de traction à l’élément sensible par l’intermédiaire de la masse sismique (voir fig2). Le signal du capteur sera alors l’image des vibrations du bloc moteur, en analysant la fréquence de celui-ci on peut déterminer s’il y a ou non présence de cliquetis.
Remarque : Il existe des stratégies basées sur l'analyse du courant d'éteincelle mais elles sont très peu utilisées et sont difficiles a mettre en oeuvre.
Stratégie de détection/correction
Suppression du cliquetis
Lorsque le controle moteur détecte grâce aux vibrations du bloc la présence de cliquetis il va appliquer des retraits d'avances et des enrichissement qui vont dépendre de la fréquence des détections. Les stratégies sont relativement complexes. On va par exemple d'abord faire un retrait d'avance très elevé sur quelques cycles (boucle rapide) puis remettre progressivement de l'avance sur ce cylindre sans pour autant revenir à l'avance intiale (boucle lente) même si le cliquetis ne semble pas réapparaitre. Si un cylindre cliquette fortement on choisira d'appliquer un offset sur tous les cylindres car il est possible que les autres soient sujet à du cliquetis que le capteur serait incapable de détecter (particulièrement à haut régime). En effet a haut régime les vibrations parasites du bloc moteur ont tendance à masquer celles du cliquetis (souvent les bruits de distribution sont problématiques, l'accostage d'une soupape sur son siège peut à certains régimes générer des vibrations semblables au cliquetis). Le fait d'appliquer des retraits d'avance fait augmenter la tempérrature des gaz en fin de détente car on retarde la combustion, lorsque les offsets d'avance sont élevés le calculateur applique aussi des enrichissements dits "thermiques" pour refroidir les gaz à l'aide de la chaleur latente du carburant.
La valeur nominale de l’avance de chacun des cylindres est mémorisée dans le calculateur et évolue avec le vieillissement du moteur au cours du temps en fonction de leur sensibilité au cliquetis.
On peut s’étonner de voir sur les moteurs Diesel ces mêmes capteurs. Ils ont en fait un rôle tout à fait différent. Ils permettent de corriger l’évolution dans le temps du délai d’ouverture des injecteurs (usure). Lors d’un « pied levé » le calculateur coupe l’injection et ensuite augmente le temps d’activation des injecteurs jusqu'à mesurer les vibrations dues à une combustion. Il peut ainsi déterminer le délai d’ouverture (en fait ouverture+inflammation) de chaque injecteur (permet aussi de déceler une défaillance d’un injecteur)
Remarque : enrichir simplement le mélange sur tous les cylindres n’aurait eu aucun effet car s’il n’y a que de l’essence en excès le catalyseur ne fera absolument rien, il faut de l’air !.
Le respect des normes, la recherche d'une consommation et d'émissions de bruit minimale impose d'avoir un régime de ralenti le plus faible possible. Or beaucoup de paramètres on un influence sur la charge du moteur lorsque le vehicule est à l'arrêt. L'alternateur, la clim, le froid qui rend l'huile visqueuse, la direction assistée, le master vac, sont autant d'éléments qui font que la charge du moteur au ralenti n'est pas fixe. Il faut donc un système capable de faire varier le débit de mélange air/carburant pour conserver un régime fixe malgré la mise en route de ces consommateurs. Il existe deux système capables de faire varier le débit de mélange air/carburant. Si le moteur est équipé d'un papillon motorisé, c'est celui ci qui va s'occuper de la régulation en s'ouvrant plus ou moins en fonction de la demande de couple. Si la commande d'accélérateur est assurée par un cable c'est un circuit séparé avec une petite électrovanne qui va assurer la régulation.
Bien sur l'information du régime moteur est donnée par le capteur inductif utilisant la cible du volant moteur
Dans le cas du papillon commandé par cable lorsque le moteur est au ralenti celui ci est complètement fermé et c'est l'electrovanne placée sur le by pass qui régule de débit d'air. Schéma ci dessous:
Agir sur le débit de mélange air carburant permet de réguler le couple délivré par le moteur mais l'effet n'est pas immédiat. Lorsqu'un consommateur est mis en route et que la chute de régime est détectée il faut tout de même un certain temps pour ouvrir le papillon ou la vanne en conséquence. De plus l'augmentation de couple n'est pas immédiate il faudra attendre plusieurs cycles avant que le moteur produise plus de couple et que le régime moteur se rétablisse. Il existe un moyen plus rapide pour augmenter le couple moteur en jouant sur l'avance à l'allumage. En effet on peut faire fonctionner le moteur au ralenti avec une avance qui n'est pas l'avance optimale. En faisant cela on se donne une marge de maneuvre sur le couple délivrable. Il suffit, lorsqu'on détecte une chute de régime, d'appliquer l'avance optimale pendant quelque instants le temps que l'ouverture du papillon ou de la vanne prenne effet. C'est ce que l'on appelle une boucle de régulation rapide.
La présence de catalyseurs sur les vehicules essence impose d'avoir une stratégie capable de détecter la présence de ratés de combustion (pb d'allumage par exemple). En effet a chaque fois qu'un raté de combustion a lieu l'essence imbrulée se retrouve à l'echappement et est oxydée dans le catalyseur en libérant beaucoup de chaleur. Si les ratés apparaisent trop souvent le catalyseur va monter en température au point que le pain à l'interieur va fondre et se détruire. Il est possible de protéger celui ci en coupant l'injection sur le cylindre qui sur lequel apparaissent les ratés. Le moteur tournera sur 3 cylindres sans détruire le catalyseur car le cylindre en panne ne fera que pomper de l'air.
Afin de détecter les raté c'est encore une fois le signal du capteur de régime qui est analysé afin de surveiller l'apparition d'acyclismes excessifs, c'est a dire des variation trop grandes de vitesse de rotation au cours d'un tour. Sur un quatre cylindres le volant moteur doit accélérer sous l'effet d'un temps moteur deux fois par tour, si ça n'est pas le cas c'est qu'il y a eu un raté.