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ESPS (Engine Speed & Position Sensor)
Principes
Que mesurent-ils ?
Ces capteurs fournissent des informations sur la position exacte et la vitesse de certaines pièces du moteur.
Vitesse:
- Vilebrequin
Position:
- Piston
- Arbre à cames
- Soupapes
Tâches
- Pour garantir l'injection de carburant et l'allumage dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur, l'unité de commande du moteur (ECU) doit recevoir des informations sur la vitesse et la position du moteur.
- Le signal du vilebrequin est utilisé pour déterminer la vitesse du moteur. De plus, il nous informe du moment où le premier cylindre est au point mort haut.
- Le capteur de l'arbre à cames nous informe de la course de chaque cylindre.
- À partir de ces deux signaux, l'unité de commande du moteur (ECU) peut désormais réguler le moment où le carburant est injecté et le moment où le mélange carburant/air est allumé par les bougies.
- Si le capteur de l'arbre à cames devient défaillant, l'unité de commande du moteur (ECU) peut activer un programme d'urgence à partir du signal du capteur du vilebrequin.
- Si le capteur du vilebrequin devient défaillant, les informations provenant du capteur d’arbre à cames ne sont pas suffisantes pour continuer à faire fonctionner le moteur.
Capteur du vilebrequin (Vitesse)
- Le capteur du vilebrequin mesure la vitesse de rotation et la position du vilebrequin.
- Ce sont les informations les plus importantes dont l'unité de commande du moteur (ECU) a besoin pour pouvoir fonctionner.
Capteur d’arbre à cames (Position)
Le capteur d’arbre à cames mesure la position de l’arbre à cames. En plus de déterminer sa position, ce signal est également utilisé pour déterminer la course de chaque cylindre. L'ECU a besoin de ce signal pour déterminer le moment auquel injecter du carburant et actionner les bougies.
Capteur du vilebrequin
Le capteur de vilebrequin est utilisé pour les moteurs essence et diesel dotés de systèmes d’injection électroniques. Essence : à partir des années 80 (« Motronic » 1979) ; à partir de ~ 1990 presque toutes les voitures ont des capteurs de vilebrequin. Diesel : débute avec l’arrivée du « common rail » 1997 (Alfa 156 JTD)
Capteur d’arbre à cames
- Ce capteur est utilisé pour les moteurs essence et diesel dotés de systèmes d’injection électroniques.
- De nombreux nouveaux moteurs ont deux arbres à cames, et souvent (pas toujours) deux capteurs d'arbre à cames.
- Avec le calage variable de l'arbre à cames, le(s) capteur(s) sont aussi utilisés pour surveiller cette fonction.
Apparition des capteurs de vilebrequin
Historique / Évolution
Différentes conceptions de capteurs de vilebrequin
Different designs of crankshaft sensors
Principales différences :
- 2 ou 3 broches
- Avec ou sans fil
Apparition des capteurs de vilebrequin
Historique / Évolution
Différentes conceptions de capteurs de vilebrequin
Caractéristiques principales :
- Principalement 3 broches
- Avec ou sans fil
Position d'installation - Capteur de vilebrequin (vitesse)
- Le capteur de vilebrequin est installé près du vilebrequin, dans le bloc moteur inférieur ou à proximité.
- Il détecte le signal d'une roue dentée ou d'un disque qui tourne avec le vilebrequin.
- Le capteur peut être placé de n'importe quel côté du vilebrequin (côté courroie d'entraînement ou volant moteur), ou au milieu.
- Dans certains cas, en contact avec de l'huile.
Position d'installation - Capteur d'arbre à cames
Position de l'arbre à cames :
Tout comme la position du vilebrequin, la position de l'arbre à cames est un indicateur de la position du piston et permet à l'ECU de déterminer de la course de chaque piston.
Le ou les capteurs d'arbre à cames sont installés près du ou des arbres à cames, dans la tête de cylindre ou à proximité.
Construction
Principe de fonctionnement
- Les capteurs fonctionnent soit selon le principe inductif, soit selon le principe de l'effet Hall.
- Ils ne sont pas interchangeables.
Principe de l'induction
L'induction électromagnétique est l'apparition d'une tension électrique le long d'un conducteur enroulé (par exemple une bobine) provoquée par un changement du flux magnétique.
Le principe de l'induction peut facilement s'illustrer par une simple expérience.
Une bobine est connectée à un voltmètre sensible. Ensuite Un aimant est déplacé à l'intérieur d'une bobine. Le mouvement génère une tension électrique parce que le flux magnétique change. Pendant le mouvement de l'aimant, une tension peut être mesurée. Plus le mouvement est rapide, plus la tension mesurée est élevée.
Toutefois, le tension générée est très faible. Pour améliorer cet effet, la bobine est enroulée autour d'un noyau d'acier. Le noyau d'acier amplifie le champ magnétique car les aimants élémentaires (les atomes dans sa grille métallique) s'alignent en fonction du champ magnétique.
Capteur inductif
Le capteur se compose d'une bobine au milieu de laquelle se trouve un noyau en acier. En dessous se trouve un aimant qui génère un champ magnétique.
De par la position dans laquelle il est installé, le capteur est aligné de telle manière que le champ de l'aimant peut être affecté par la roue dentée du vilebrequin.
Quand la roue commence à tourner, le champ magnétique se déplace de haut en bas et génère une tension électrique dans la bobine.
Plus la roue tourne rapidement, plus la tension générée est élevée.
Principe de l'effet Hall
L'effet Hall se produit quand un conducteur de courant est affecté par un champ magnétique. Le champ magnétique affecte les électrons qui se déplacent dans le conducteur électrique. Il déplace les électrons perpendiculairement au sens de circulation du courant et aussi au sens du champ magnétique. La tension ainsi créée peut être mesurée perpendiculairement à la circulation du courant.
Capteur à effet Hall 1/2
Le capteur est composé d’un conducteur électrique auquel le calculateur envoie une tension de 5V ou 12V. Si un champ magnétique affecte le conducteur de courant, la force de Lorentz agit sur les électrons. Ceci provoque un surplus d'électrons d'un côté et un manque d'électrons de l'autre. La différence de charge peut être mesurée sous la forme d'une tension et est transmise à l'ECU par le biais de la ligne de signal. Ce schéma simplifié montre la circulation du courant avec et sans l'influence du champ magnétique.
Capteur à effet Hall 2/2
Si le champ magnétique est ensuite déplacé alternativement vers le capteur puis encore une fois loin de ce dernier par une roue dentée, un signal de sortie carré de 0 à 5 V ou 12 V est généré.
Plus la roue tourne rapidement, plus le temps entre le niveau élevé et le niveau bas est court.
Détection de vitesse et de position du vilebrequin
- Une « astuce » permet au calculateur de détecter la vitesse et la position du vilebrequin en même temps.
- À un certain endroit, l’écart entre les dents de la roue est plus grand.
- Le signal généré par le capteur reflète ce grand écart, ce qui permet à l'ECU de calculer la position.
- Cette caractéristique du signal est appelée « marque de référence ». Avec des capteurs inductifs, un pic de tension se produit à ce moment par rapport au reste du signal. Avec des capteurs à effet Hall, la durée du pic de tension est légèrement plus longue à ce point.
Comparaison entre un capteur à effet Hall et un capteur inductif
Capteur à effet Hall | Capteur inductif |
|---|---|
Système électronique intégré | Pas de système électronique intégré |
Alimentation électrique externe de 5 V | Génère un signal, aucune alimentation électrique externe |
Signal de sortie carré (0 V / 5 V) | Signal de sortie de forme d'onde |
La tension n'augmente pas avec la vitesse de la roue | La tension monte avec la vitesse de la roue et dépend de la distance par rapport à la roue |
3 broches | 2 ou 3 broches (3ème pour blindage) |
Détection de vitesse proche de l'arrêt (détection de faible vitesse) | La détection de vitesse n'est possible qu'au-dessus d'une certaine vitesse. |
Le capteur est plus petit et plus léger | Le capteur est plus grand |
La sensibilité aux interférences électromagnétiques est plus faible | La sensibilité aux interférences électromagnétiques est élevée |
Les variations de l'entrefer entre le capteur et la roue dentée n'ont aucun effet sur le signal | Les variations de l'entrefer entre le capteur et la roue dentée ont un effet direct sur le signal |
Meilleure résistance aux vibrations et aux fluctuations de température | Résistance inférieure aux vibrations et aux fluctuations de température |
Installation
Installation
- Après l'installation de nouveaux capteurs d'arbre à cames et de vilebrequin, de nombreuses voitures requièrent une procédure d'« apprentissage ». Pour cela, il faut utiliser un analyseur-contrôleur.
- L'unité de commande du moteur (ECU) va « apprendre » la position exacte du capteur.
Contexte : les éléments de détection à effet Hall dans le boîtier du capteur ne se trouvent pas forcément à la même position que ceux de l'ancien capteur. Par conséquent, le signal arrive un peu plus tard ou un peu plus vite.
Diagnostic
Conséquences des défaillances d'un capteur
Arbre à cames
- Sans ce signal, le calculateur peut (dans la plupart des voitures) continuer à faire tourner le moteur.
- Le moteur démarre avec un délai. Le moteur tourne en mode dégradé. Le voyant moteur s’allume.
- Le calage variable de l'arbre à cames (si le moteur possède cette fonction) ne fonctionnera pas.
Vilebrequin
- Sans ce signal (signal d’entrée principal), le calculateur ne peut pas continuer à faire tourner le moteur.
- Le moteur ne tourne et ne démarre pas.
Symptômes d'un capteur de vilebrequin défectueux
- Dans la plupart des cas, le moteur ne tournera pas et un code défaut sera enregistré.
- Parfois, l'erreur se produit sporadiquement. Les symptômes suivants indiquent un capteur de vilebrequin défectueux:
- Mauvais démarrage
- Secousses moteur
- Le moteur cale/s'arrête
- Mauvaises performances
- Ratés
Contacts corrodés
Dans ce cas, de l'eau a pénétré dans le boîtier du connecteur et provoqué la corrosion des contacts. Quand le capteur est remplacé, les joints du connecteur, les contacts du connecteur et les fils entre le connecteur et l'unité de commande du moteur doivent être vérifiés minutieusement.
Câbles cassés/effilochés
Les câbles ont été endommagés par une force externe. Ceci peut être provoqué par un fort mouvement de traction (câble posé trop serré, traction sur le fil pendant le montage) ou par une pièce en rotation (câble frottant contre des pièces en rotation, par exemple la roue du vilebrequin). Faites donc attention à l'acheminement correct du câble pendant l'installation.
Écart trop important
L'écart entre la roue et le capteur est trop important, le signal devenant donc plus faible.<br>Ce problème peut être provoqué par un capteur mal installé ou un capteur qui n'est pas adapté au moteur.
Roue dentée endommagée
La roue dentée est endommagée mécaniquement.
Une roue mécaniquement endommagée sur laquelle une ou plusieurs dents sont endommagées ou cassées peut provoquer un dysfonctionnement du signal. La roue dentée doit donc aussi être soumise à une inspection visuelle.
Test des capteurs d'arbre à cames et de vilebrequin
La meilleure façon de déterminer si le capteur d'arbre à cames ou de vilebrequin fonctionne correctement est de vérifier si le signal est correct. L’oscilloscope est le meilleur outil pour ce test.
Tout d'abord, il faut déterminer si vous attendez un signal Hall ou inductif.
Une bonne manière de le savoir est si le capteur possède 2 ou 3 broches. S'il a 2 broches, il s'agit plus probablement d'un capteur inductif, et s'il a 3 broches, il s'agit plus probablement d'un capteur à effet Hall. Mais il y a certaines exceptions, parfois un capteur inductif peut avoir une 3ème broche pour le blindage.
Une bonne manière d'identifier un capteur NTK est par son numéro commercial. S'il commence par « CM », il s'agit d'un capteur inductif, et s'il commence par « CH »,·il s'agit d'un capteur à effet Hall.
Test des capteurs inductifs
- Connectez les sorties de mesure de l'oscilloscope aux broches 1 et 2 du capteur.
- Sélectionnez l'oscilloscope prédéfini pour pouvoir voir clairement le signal du capteur. Pour évaluer le signal, mieux vaut visualiser deux tours de vilebrequin. Les paramètres doivent être réglés avec un régime moteur qui augmente afin de préserver la visibilité du signal. Voici quelques informations qui pourraient aider à définir l'axe des X et des Y:
Axe des Y: | Axe des X: |
|---|---|
| Tension de signal au moins 0,5 V pendant le démarrage | Quelque part entre 100 et 200 ms pour rendre deux tours complets du vilebrequin visibles |
Tension de signal au moins 2 V au ralenti | |
La tension de signal augmente avec le régime du moteur |
- Les pics de tension ne doivent pas varier énormément entre eux sauf pour la marque de référence. Un écart de 20-30 pour cent est un écart normal pour de nombreux fabricants de véhicules. Des écarts supérieurs sont indicateurs d'une roue d'impulsion endommagée.
Test des capteurs à effet Hall
- Raccordez les sorties de mesure de l'oscilloscope à la broche de la ligne de signal du capteur et la masse de la batterie (borne 31).
- Sélectionnez l'oscilloscope prédéfini pour pouvoir voir clairement le signal du capteur. Pour évaluer le signal, mieux vaut visualiser deux tours de vilebrequin. Les paramètres doivent être réglés avec un régime moteur qui augmente afin de préserver la visibilité du signal. Voici quelques informations qui pourraient aider à définir l'axe des X et des Y :
Axe des Y : | Axe des X : |
|---|---|
| Tension du signal entre 0 et 5 V ou entre 0 et 12 V | Quelque part entre 150 et 200 ms pour rendre deux tours complets du vilebrequin visibles au ralenti. |
La durée entre le niveau élevé et le niveau bas augmente avec le régime du moteur |
Test des capteurs à effet Hall
- Si aucun signal n'est détectable avec l'oscilloscope ou la tension de signal est faible, il y a probablement un problème au niveau de l'alimentation électrique du capteur. Pour vérifier l'alimentation électrique du capteur, vous pouvez mesurer la tension entre le fil positif et le fil négatif du capteur. Selon qu'il s'agit d'un circuit à 5 V ou à 12 V, une valeur mesurée correspondante est attendue.
- Si vous ne pouvez pas mesurer de signal au niveau de la broche de la ligne de signal du capteur et que l'alimentation électrique est en bon état de marche, le capteur est défectueux.
Autres tests du circuit du capteur
Pour vérifier ce résultat, vous pouvez vérifier la résistance des câbles entre l'unité de commande du moteur et le capteur. Le câble doit être mesuré dans un état libre de tout courant pour éviter d'endommager le circuit. Pour cela, débranchez le connecteur sur l'unité de commande du moteur et sur le capteur. La résistance peut varier en fonction de la longueur du câble et de son diamètre, mais une résistance d'une valeur d'environ 1 Ohm est considérée comme normale pour un câble qui fonctionne.
