Diagnostiquer les problèmes de moteur à l’aide d’un transducteur de pression.
Introduction
L’analyse de la forme d’onde de la pression cylindre d’un moteur à essence permet de déterminer la bonne synchronisation entre le vilebrequin et les arbres à cames. La mesure et la comparaison des valeurs de pression du cylindre en certains points fournissent des données en temps réel qui peuvent être très utiles pour déterminer l’état du moteur. La pression au point mort haut (PMH) d’un moteur quatre cylindres droit en fonctionnement fluctue entre 4.5 et 6 bars environ. Des valeurs plus faibles indiquent généralement de graves défauts mécaniques dans le cylindre testé, et des valeurs plus élevées signifient généralement que de l’air supplémentaire pénètre dans le cylindre ou que le moteur est fortement sollicité.
Pendant la course d’admission, la pression du cylindre est réduite à un point inférieur à la pression dans le collecteur d’admission. Pendant la course d’échappement, la pression dans le cylindre ne doit pas dépasser la pression atmosphérique. Si c’est le cas, il faut rechercher une obstruction des orifices d’échappement, une réduction de la levée des soupapes d’échappement ou une limitation de l’échappement.
Caractéristiques distinctives lors de l’observation de la forme d’onde mesurée
La forme d’onde de la pression du cylindre vous permet également de recueillir les données importantes suivantes :
- La connexion d’une sonde inductive au cylindre en question sur un canal et d’un transducteur de pression sur le second canal dans ce cylindre fournira une indication plus précise du moment de l’étincelle par rapport au PMH que ne le permet le flux de données de l’outil scanner. En cas d’écart important entre les deux valeurs, il convient de vérifier que la roue de déclenchement du vilebrequin est correctement indexée, puisque l’allumage est déclenché en fonction des données fournies par le capteur de vilebrequin.
- L’état mécanique du moteur peut être déduit en observant habilement le profil de la différence de pression avant et après la course de compression.
Fig.1. Fonctionnement normal du moteur
Lorsqu’un cylindre fonctionne correctement, la pression au point A devrait être approximativement égale à la pression au point B. Si le cylindre présente des problèmes mécaniques (soupape brûlée, segments cassés, problèmes de synchronisation de l’arbre à cames, etc.), la pression au point A sera sensiblement plus élevée que la pression au point B en raison de fuites de compression. Un exemple est donné ci-dessous :
Fig.2. Défaut mécanique d’un cylindre
La position de l’arbre à cames d’échappement peut être déduite de cette manière en observant le moment de l’ouverture de la soupape d’échappement. Notez qu’il est nécessaire d’appliquer les lignes de mesure de 720 degrés sur l’oscilloscope utilisé pour effectuer ce test. Mesurez l’angle entre le PMH et l’ouverture de la soupape d’échappement. Il est important de noter que sur la plupart des moteurs, le vilebrequin tourne entre 140 et 145 degrés entre le PMH de la compression et l’ouverture de la soupape d’échappement. Sur certains moteurs Opel, cependant, cet angle est de 160 degrés.
La position correcte de l’arbre à cames d’admission peut être déterminée en observant la position de chevauchement des soupapes d’admission et d’échappement et l’ouverture de la soupape d’admission. Par exemple, la soupape d’admission doit se fermer 580 degrés après la forme d’onde de pression du PMH sur ce cylindre. Le calage de l’arbre à cames d’admission peut être déterminé à la fois par la position de chevauchement des soupapes et par la fermeture indiquée (580ᴼ) de la soupape d’admission.
Fig.3. Guides de soupapes d’échappement usés indiqués par des impulsions ici
Un échappement obstrué peut être déterminé par une pression anormalement élevée pendant la course d’échappement, qui se produit entre 180ᴼ et 360ᴼ après l’onde de compression du PMH. La pression dans le cylindre et la pression dans l’échappement sont égales lorsque la soupape d’échappement est ouverte, et la pression dans le cylindre doit fluctuer légèrement au-dessus de la pression atmosphérique lorsque la soupape d’échappement est ouverte. Cette pression est considérée comme parfaitement normale si elle est inférieure à 0.138 bars (en valeur relative). Plus cette pression dépasse 0.138 bars, plus le risque de colmatage de l’échappement est élevé. Une pression de 0.345 bars ou plus sera perçue par la plupart des clients comme une perte de puissance.
La dépression à l’admission peut être détectée à l’aide de cette forme d’onde. La valeur moyenne de la dépression dans le collecteur d’admission pour le moteur vertical doit être d’environ 0.55 – 0.62 bars.
Les problèmes de courroie de distribution peuvent être détectés en comparant l’action des soupapes d’une image à l’autre.
Dans la fenêtre de chevauchement (à 360 degrés) des soupapes d’admission et d’échappement, observez les changements d’une image à l’autre lorsque le moteur tourne au ralenti. Si c’est le cas, soupçonnez un relâchement de la courroie de distribution.
Points et sections spécifiques de la forme d’onde de la pression cylindre
Pour mieux comprendre la situation dans son ensemble, l’écran de la forme d’onde peut être numéroté en fonction de l’ordre d’allumage tout au long des 720 degrés du cycle du moteur, même si la pression n’est vérifiée que pour un seul cylindre.
Pour diagnostiquer l’état mécanique du moteur à l’aide du graphique de pression dans le cylindre, il faut.. :
- Placer le transducteur de pression à la place de la bougie d’allumage sur le cylindre que l’on veut diagnostiquer
- Attacher un testeur d’étincelles ou une autre méthode au fil haute tension déconnecté afin de ne pas endommager le système d’allumage
- Connectez le câble de signal du transducteur de pression à l’entrée de l’oscilloscope
- Le moteur doit être préchauffé à la température de fonctionnement et tourner au ralenti
- La durée de la mesure ne doit pas dépasser 2 à 3 minutes afin de maintenir la température du capteur de pression en dessous de 70 degrés.
Fig.4. Forme d’onde de la pression du cylindre
Point 1 (ou PMH 0°)
Au point 1, la pression du cylindre atteint son maximum. À ce stade, le piston est le plus proche de la culasse. C’est ce qu’on appelle le point mort haut (PMH). Au PMH, les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées. La pression du cylindre au point 1 peut varier considérablement en fonction du taux de compression, des fuites dans le cylindre, de la vitesse du vilebrequin et de la quantité d’air et de carburant autorisée à pénétrer dans le cylindre. Un mélange plus riche dans le cylindre produira une valeur plus élevée au point 1.
Point 2 (30°)
Après le PMH 0°, le piston change de direction et la distance entre le piston et la culasse commence à augmenter, ce qui entraîne naturellement une augmentation du volume du cylindre et, par conséquent, une diminution de la pression dans le cylindre, car les deux soupapes sont toujours fermées. Lorsque le vilebrequin a tourné de 30° après le PMH 0°, la pression du cylindre est à mi-chemin entre ce qu’elle était au point 1 et la pression la plus basse de la vague (point 4). Ce point intermédiaire est indiqué sur la forme d’onde comme étant le point 2.
Point 3 (90°)
Lorsque le piston passe le point 3, il continue d’accélérer vers le bas jusqu’à ce que le vilebrequin ait passé 90° après le PMH 0°. À ce stade, le piston est à mi-chemin de sa course de puissance et a atteint sa vitesse maximale pour ce cycle unique. À ce stade, la vitesse de la course du piston commence à diminuer. Ce point est indiqué comme étant le point 3. À ce stade, la pression dans le cylindre est très proche de la pression atmosphérique (1 bars). À mesure que le mouvement du piston se poursuit, le volume entre le piston et la culasse continue d’augmenter et un vide est créé dans le cylindre juste après le point 3.
Point 4
Juste avant que le piston n’atteigne le point mort bas (PMB), la soupape d’échappement s’ouvre, comme on peut le voir au point 4. Le piston continue de s’éloigner de la culasse et le volume entre le piston et le bloc-cylindres continue d’augmenter, mais lorsque le point 4 est dépassé, la pression du cylindre commence à augmenter en raison de la pression d’échappement entrante lorsque cette soupape s’ouvre.
Section 5 (PMB 180°)
Les gaz d’échappement pénètrent dans le cylindre parce que la pression d’échappement est supérieure à la pression dans le cylindre à ce stade. Sur la forme d’onde de la pression du cylindre, l’entrée des gaz d’échappement dans le cylindre est indiquée par la section 5. Il est important de noter que le centre de la section 5 doit être au point mort bas (PMB 180°).
Fig.5. Section 5
Si le centre de la section 5 se situe entre 170° et 195° après le PMH 0°, on peut supposer que le calage de la soupape d’échappement est correct.
Point 6
À ce stade, la pression dans le cylindre augmente jusqu’à ce qu’elle s’équilibre avec la pression dans le collecteur d’échappement. Le point de la forme d’onde où la pression dans le cylindre est égale à la pression dans le collecteur d’échappement est marqué par le point 6.
Section 7
Une fois que le piston a atteint le PMB (180°), il commence à se déplacer vers la culasse, réduisant à nouveau le volume du cylindre, mais comme la soupape d’échappement est maintenant ouverte, la charge de gaz s’échappe dans l’échappement. Le piston continue d’accélérer jusqu’à ce que le vilebrequin ait tourné à 270° (90° après le PMB 180°). Après avoir passé 270°, la vitesse du piston diminue à nouveau. La section 7 représente la période pendant laquelle le piston pousse les gaz d’échappement vers l’extérieur et, pendant cette période, la pression dans le cylindre devrait être presque égale à la pression atmosphérique. Si la section 7 indique une augmentation de la pression au lieu de rester sur un plateau, recherchez une ouverture adéquate de la soupape d’échappement ou un échappement obstrué.
Point 8 (330° -360°)
Environ entre 30° avant le PMH (360°), le plateau de la section 7 se termine lorsque la soupape d’admission s’ouvre. Le moment de l’ouverture de la soupape est indiqué par le point 8. Lorsque la soupape d’admission est ouverte, mais que la soupape d’échappement n’est pas encore fermée (chevauchement), cela permet de purger les derniers gaz d’échappement inertes. À ce stade, la pression dans le cylindre continue de s’équilibrer avec la pression dans le collecteur d’échappement lorsque l’air pénètre par la soupape d’échappement encore ouverte. En raison de cette période de chevauchement de l’ouverture de la soupape, il est très difficile de localiser avec précision le point 8 de la forme d’onde de la pression de la bouteille.
Section 9
Lorsque le piston atteint le PMH 360°, la soupape d’échappement est fermée et la soupape d’admission continue de s’ouvrir, de sorte que la pression dans le cylindre commence à s’égaliser avec la pression dans le collecteur d’admission. Il s’agit d’une chute de la pression atmosphérique à la pression beaucoup plus basse dans le collecteur, ce qui fait que les gaz du cylindre commencent à s’engouffrer dans le collecteur d’admission. Cette zone du tracé est indiquée comme étant la section 9, où le plateau de la section 7 se termine. Le centre de la section 9 devrait se situer à 380° après le PMH 0° (20° après le PMH 360°).
Fig.6. Section 9
Le calage correct des soupapes d’admission peut être vérifié si le centre de la section 9 se situe entre 370° et 390° après le PMH 0°. Pour les moteurs VVTi, le centre de la section 9 doit se situer entre 380° et 400° après le PMH 0°.
Point 10
Au point 10, la pression dans le cylindre est égale à la pression dans le collecteur d’admission alors que la soupape d’admission continue de s’ouvrir.
Section 11 jusqu’au deuxième PMH (540°)
Bien que le piston se déplace vers le bas et que le volume du cylindre augmente, la chute de pression dans le cylindre ne se reflète pas dans la forme d’onde en raison de l’entrée d’air par la soupape d’admission ouverte.
Section du deuxième PMH (540°) au point 12
Après le PMH 540°, le piston est sur le point de commencer sa course de compression alors que la soupape d’admission est encore fermée, mais l’air entraîné par l’inertie continue de s’engouffrer dans le cylindre, ce qui améliore naturellement le remplissage du cylindre avec un mélange air-carburant sur les moteurs à injection de carburant par l’orifice. Notez les petites ondulations présentes dans cette section tant que la soupape d’admission reste ouverte.
Point 12 (580°)
Au point 12, la soupape d’admission s’est fermée. À partir de ce moment, la pression du cylindre commence à augmenter brusquement. Si la soupape d’admission est complètement fermée entre 560° et 600° après le PMH précédent (0°), le calage correct de la soupape d’admission peut être vérifié.
Point 13 (630°)
À ce stade, la pression dans le cylindre est égale ou proche de la pression atmosphérique (1 bars), mais en raison du mouvement ascendant du piston avec les soupapes d’admission et d’échappement maintenant fermées, la compression continue d’augmenter.
Point 14 (690°)
À ce point – 30° avant le PMH 720°, la pression du cylindre est approximativement égale à la moitié de la pression minimale (point 12) et de la pression maximale du cylindre (point 1). Une fois que le piston a dépassé cette position, la compression continue d’augmenter jusqu’à ce qu’il atteigne le PMH 720°.
