L'allumage électronique

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Préambule

L'allumage d'origine à pour gros défaut d'être statique, c'est à dire de ne pas pouvoir s'adapter aux modifications des paramètres moteur. De plus, son caractère mécanique est sujet à l'usure et diminue la puissance aux étincelles. C'est là qu'ont commencés à porter les efforts de l'électronique.

Abréviations utilisées

°VIL = degré vilebrequin (angle que fait le volant, par rapport à un repère, comme le PMH par exemple, ou encore par rapport au point de calage initial trouvé avec la pige de 6mm).

Gestion de l'avance à l'allumage

Pour comprendre les besoins en gestion de l'allumage, un petit tour par la page "présentation du moteur" n'est peut-être pas superflu.

De même sur la page du contrôle moteur pour comprendre les tenants et aboutissants.

Dans la suite du texte, pour ne pas compliquer la lecture, je parlerais de la pression en omettant la température, sachant que plus il y a de pression, plus c'est chaud (loi des gaz parfaits oblige...).

De même, je parlerais en terme de dépression, c'est à dire une pression inférieure à la pression atmosphérique. La dépression varie donc entre la pression atmosphérique (dépression faible ou nulle, soit 1 bar) et le vide (forte dépression, 0 bar). Attention à ce terme!
Quand on parle d'une dépression de 130 mb, il s'agit d'une pression absolue (par rapport à 0 bar) de 870 mb, de même dépression de 400 mb correspond à une pression absolue de 600 mb (ou d'une pression relative de -400 mb par rapport à la pression atmosphérique, mais je sens que j'en perd quelques uns là donc je m'arrête!).

Quand faut-il enflammer ?

Pour obtenir le meilleur rendement d'un moteur (puissance en hausse et conso en baisse), il faut que la pression au PMH (fin de compression) soit optimale (ni trop élevée, ni trop faible) pour que la combustion soit la plus rapide possible, permettant de transformer le maximum d'énergie en pression (Bien!) et non en chaleur (Pas bien!).
- Si la pression au PMH n'est pas suffisante, la combustion est mauvaise, dure plus longtemps et à lieu plus tard dans la phase de détente => moteur chauffe, perd de la puissance et consomme plus.
- Si la pression est trop forte, le mélange risque d'exploser d'un coup, abîmant le moteur par cliquetis, et s'oppose à la remontée du piston en fin de course, limitant la puissance (une partie de l'essence sert à empêcher le moteur de tourner!).

a) Comment contrôler cette pression? En allumant plus ou moins tôt le mélange, on amorce la combustion alors que le piston n'est pas au PMH, du coup la pression commence à monter et est optimale au PMH. Il faut donc allumer au bon moment!

b) Il faut rajouter à cela un temps de quelques millisecondes, qui correspond à l'inertie du mélange pour s'enflammer à partir de l'étincelle. En effet lors de l'étincelle le mélange ne s'enflamme pas d'un coup, le mélange proche de la bougie commence à s'enflammer et va enflammer à son tour les zones du mélange à côté, et ainsi de suite. La flamme se propage donc à travers toute la chambre de combustion sous la forme d'un front de flamme.

C'est pour ces 2 raisons a) et b) qu'on avance (par rapport au PMH) l'instant de l'étincelle : c'est l'avance à l'allumage.

Bref, en flirtant avec le cliquetis par augmentation de l'avance, on s'assure d'obtenir un moteur au mieux de ses performances. Plus on met du retard, plus on dégrade les performances, mais moins on a de risques d'abimer le moteur. Rester juste en dessous du cliquetis nous donne le meilleur rendement, c'est le point d'avance optimal.

Le point d'allumage optimal est choisi pour remplir les conditions suivantes :
- puissance maximale du moteur,
- faible consommation de carburant,
- éviter le cliquetis du moteur,
- diminution des polluants du gaz d'échappement.

Le dernier point est critique et nécessite des réglages contraires aux deux premiers, en effet on ne peut consommer peu (grande avance) et ne pas générer de NOx, de même que si on diminue les NOx (diminution de l'avance) on augmente le CO2 et la consommation.... Voilà le mot compromis qui revient !

Variations du point d'allumage

Le point d'allumage est donc difficile à déterminer, mais il y a pire, c'est qu'une fois trouvé, il varie sans cesse! En effet, en fonction du régime, de la charge, de la température et autres, le cliquetis se déclenchera plus ou moins tard. il faut donc faire varier l'avance à l'allumage pour toujours coller au mieux à l'avance pour laquelle le cliquetis se déclenche.

En pratique, les conditions de combustion sont optimales quand le cylindre est entièrement rempli (papillon grand ouvert).
Le point optimal d'allumage dans ce cas là varie principalement en fonction du régime moteur (voir plus bas), cette évolution est représentée par une courbe de l'avance à l'allumage en fonction du régime, dite courbe de pleine charge.

Différents paramètres, que nous allons décrire, font varier le point d'allumage optimal.

Le temps et la qualité de l'essence

Suivant la qualité de l'essence qui passe (SP95 ou 98, fond du réservoir ou non, etc.), de la température de l'air d'admission, de l'hygrométrie, etc. le mélange s'auto-enflammera plus ou moins tôt en provoquant le cliquetis. Donc le point de cliquetis varie dans le temps. Si l'on ne dispose pas de capteur de cliquetis permettant de retarder l'avance quand celui-ci se déclare, on est obligé de prendre une marge de sécurité pour que le cliquetis n'apparaisse jamais, au détriment des derniers pourcents de rendement (1°VIL d'avance fait gagner 1% de rendement, ce qui est énorme). Avec un capteur de cliquetis on peut coller au plus près de la courbe de cliquetis. Voir figure 3.1 ci-dessous :

Fig 3.1 : La courbe 1 est la courbe de l'avance pour laquelle va apparaître le cliquetis (papillon grand ouvert), encadré par 2 courbes grises représentant son étalement fonction de la qualité du carburant et autres paramètres atmosphériques. La courbe 2 (courbe de pleine charge) est celle permise grâce à un capteur de cliquetis. La courbe 3 (courbe de pleine charge) sans capteur de cliquetis, on est obligé de prendre une marge de sécurité supérieure à l'étalement de la courbe 1 en décalant dans le sens retard la courbe d'allumage. On perd en rendement par rapport à la courbe 2. Les valeurs données sont fausses, juste pour exemple.

Le régime moteur

Comment évolue la combustion avec le régime ?
Plus le régime augmente, plus le piston va vite et remonte rapidement. Si l'avance reste constante, le temps entre l'étincelle et le PMH est de plus en plus court plus le régime augmente. Le temps d'inflammation du mélange étant lui incompressible, si on n'avance pas le moment de l'étincelle on n'aura jamais le temps d'enflammer le mélange avant le PMH.
En fait ce temps d'inflammation n'est pas incompressible, plus on monte en régime, plus les turbulences augmentent la vitesse de combustion. Au ralenti le temps de combustion (2ms par exemple) est 2 fois plus long qu'à haut régime (1ms). Au ralenti on déclenche 2ms avant le PMH (soit environ 8°VIL avant) et à plein régime 1ms (soit env 30°VIL avant). A noter que si la combustion n'était pas favorisée à haut régime, il faudrait déclencher 2 ms avant, soit 60°VIL avant!
Il faut donc enflammer de plus en plus tôt pour garder au PMH la pression de combustion optimale.
Cette avance fonction du régime est obligatoire, et d'ailleurs même l'allumage rustique de la deuche le proposait via les masselottes centrifuges.
A très haut régime,on s'aperçoit que le cliquetis apparait bien plus tôt qu'à mi régime, il est donc nécessaire de retarder un peu l'allumage dans cette zone. Comme  les masselottes centrifuges ne peuvent pas diminuer l'avance à haut régime, on diminue l'avance du plateau à haut régime, ce qui diminue le rendement sur toute cette zone.
Plus le régime moteur augmente, plus il faut avancer l'allumage.
A pleine charge, les conditions de combustion sont optimales, l'avance dépend uniquement du régime.
Mais voyons cette fameuse courbe d'avance centrifuge de la deuche, appelée courbe pleine charge, car elle est dessinée pour le pire cas en matière de cliquetis, la cas où dès le ralenti on enfonce l'accélérateur à fond et on laisse le régime moteur augmenter. L'avance doit rester en dessous du point de cliquetis.
Cette courbe s'additionne aux 8°VIL d'avance statique, qui seront toujours présents.

Fig 3.2 : La courbe 2 correspond à la courbe d'avance pleine charge, c'est celle d'origine de la deuche. La courbe 1 est celle du cliquetis, à laquelle on enlève 8° d'avance (la courbe pleine charge ne tiens pas compte des 8° d'avance statique), A plein régime elle se rapproche très près de l'avance, avec les fluctuations dues à la chaleur, à l'essence d'octane plus bas, on arrive très rapidement à produire du cliquetis. On peut remarquer les 2 paliers en haut et en bas correspondant aux systèmes mécaniques, des masselottes s'écartant l'une de l'autre plus le régime augmente. Il faut une certaine force centrifuge pour les séparer, donc une certaine vitesse, ce qui explique qu'elle ne s'écartent qu'à partir de 600 tr/min. De même, à partir de 4000 tr/min elles ne peuvent plus s'écarter l'une de l'autre. La courbe pleine charge rouge est très loin de la courbe noire de cliquetis la plupart du temps, surtout à 4000 tr/min, uniquement pour permettre à haut régime de ne pas déclencher le cliquetis.

Ce qu'il faut bien voir, c'est que cette courbe de pleine charge va s'ajouter à la courbe déjà existante de décalage statique.
Au ralenti, l'avance pleine charge est nulle, seule l'avance statique détermine l'angle d'avance.
A pleine charge, les avances pleine charge et statique s'additionnent pour donner l'angle d'avance total (courbe rouge de la figure 3.3 ci-dessous).

Fig 3.3 : Papillon ouvert en grand, on laisse le régime monter à partir du ralenti. La courbe d'avance de l'allumage (c'est à dire l'angle d'avance mesuré pour chaque régime moteur) est la courbe rouge qui est la somme des courbes verte (avance pleine charge) et noire (avance statique).

Pour la deuche, un réglage route donne 25° VIL d'avance à 3 000 tr/min (masselottes bloquées), et 30 à 32°VIL d'avance pour un usage compétition.

La charge moteur

Nous avons dit plus haut que le temps d'inflammation du mélange était incompressible, ce qui est faux. Ce temps varie de 1ms dans de bonnes conditions, à 2ms dans de mauvaise conditions. Il faut donc tenir compte de la variation de ce temps pour modifier en fonction l'avance (nous sommes dans le cas du haut régime et mauvaises conditions demandant le double d'avance par rapport à l'avance pleine charge (60°VIL!), ce cas étant obtenu en général par ralenti à haut régime, vous aurez reconnu le frein moteur!).
Mais voyons ce que sont ces bonnes et mauvaises conditions.

Plus la pédale d'accélérateur est enfoncée, plus le papillon est ouvert, donc plus de mélange passe par le carbu. La quantité de mélange aspirée dans la chambre de combustion s'appelle la charge. S'il y a beaucoup de quantité de mélange, à la compression les températures et pression seront plus élevées, il n'y a pas besoin d'enflammer trop tôt le mélange. Par contre, pour les charges partielles (accélérateur pas à fond), la compression de moins de mélange donne des conditions de températures et pression moins favorables. Il faut donc enflammer plus tôt pour augmenter la pression au PMH.
De plus, le fait que tout le cylindre ne soit pas rempli augmente les gaz brûlés résiduels dans le cylindre, ce qui dilue la quantité d'essence et diminue la richesse du mélange, diminuant par la même la vitesse de combustion. Le cliquetis apparaîtra donc plus tard (à cause de la combustion dégradée), pour des avances bien supérieures à celles obtenues pour le cas d'une pleine charge.
A charge partielle, les conditions de combustion sont dégradées, il faut avancer l'allumage.
La courbe de cliquetis est décalée vers le haut (une dizaine de °VIL au dessus). La figure 3.4 ci-dessous donne la courbe de cliquetis supérieure, et la baisse de rendement inutile si l'on s'en tient uniquement à la courbe d'avance pleine charge.

Fig 3.4 : Remarquer, et c'est important, que plus on monte en régime, plus il faut pour cela appuyer sur l'accélérateur, donc plus on se rapproche du cas de pleine charge. C'est pourquoi la courbe de cliquetis aux hauts régimes (donc aux fortes charges, on ne peut atteindre le régime max en enfonçant à moitié l'accélérateur!) se confond avec celle de l'avance pleine charge.

Pour augmenter l'allumage, on va donc rajouter une troisième courbe d'avance, la courbe d'avance charge partielle, encore appelée courbe d'avance à dépression.

Fig 3.5:  L'avance supplémentaire donnée par  la courbe d'avance charge partielle permet de coller au mieux à la courbe de cliquetis, toujours en respectant une distance de sécurité à cause de l'absence de capteur de cliquetis.

Attention, là aussi la courbe en elle-même est un angle que l'on ajoute à la courbe d'avance centrifuge et statique, dans la figure ci-dessus la courbe verte représente la forme de la courbe d'avance totale charge partielle (en fait la courbe du point de l'avance à l'allumage), en fait elle résulte de la somme des 3 avances ci-dessous (faire le lien avec la figure 3.3 ne contenant que les 2 courbes d'avances, statique et pleine charge) :

Fig 3.6 : Courbe sommant les 3 courbes. N'apparait que si l'accélérateur n'est pas enfoncé à fond. A pleine charge, on n'ajoute pas la courbe en vert.

Pour déterminer la courbe charge partielle, il va nous falloir mesurer une grandeur, tout comme pour l'avance centrifuge on mesure le régime moteur. Il faut que cette grandeur varie en fonction de la charge.
La dépression régnant dans la tubulure d'admission varie en fonction du régime mais aussi de la charge, c'est pourquoi on la mesure pour savoir où on en est de la charge demandée au moteur. Historiquement, cette dépression était utilisée par une sonde mécanique pour décaler le plateau d'allumage, comme le faisaient les cames. La dépression fournissait, en même temps qu'une information, l'énergie pour modifier l'avance à l'allumage.
La mesure de la dépression permet aussi de tenir compte des variations d'altitude, et il a même été tenté un moment de gérer l'allumage uniquement via la dépression (qui est influencée à la fois par le régime et par la charge).
Avec l'électronique, il est aussi possible de déterminer la position angulaire du papillon plus simplement à l'aide d'un potentiomètre ou d'un codeur incrémental, mais il faut passer par une cartographie, voir plus bas.

Voyons déjà comment mesurer la pression dans le collecteur :

Fig 3.7: Il y a 2 prises de dépression possibles, une en amont (prise dépression avance) et en aval (prise dépression sens retard) comme sur la visa.

Les prises sens avance ou  retard voient la dépression mesurée évoluer  de manière différente.
- Dépression sens avance : Au ralenti (papillon fermé) elle est quasi nulle. Plus on ouvre le papillon, plus elle monte. A partir du couple max, elle redescend jusqu'à redevenir quasi nulle (pression atmosphérique) quand le papillon est complètement ouvert.
- Dépression sens retard c'est le contraire, dépression élevée au ralenti, puis elle diminue progressivement jusqu'à la pleine charge.

Les dépressions sens retard et avance viennent de l'utilisation sur certaines voitures de deux flexibles reliés à la capsule mécanique de dépression de l'allumeur. La dépression sens retard permettait d'attirer la membrane au ralenti pour décaler dans le sens retard.

Voici le principe de la correction de la courbe d'avance en fonction de la dépression, d'après la dépression captée sur la prise sens avance. La courbe de dépression est donnée pour un papillon s'ouvrant progressivemment, laissant le temps au régime moteur de monter en même temps.

Fig 3.7: Avance à l'allumage totale obtenue par avance centrifuge et avance à dépression. a : Courbe d'avance à pleine charge. b : Courbe d'avance à charge partielle. A1 : Limite inférieure de la dépression (130 mbars). A2 : Limite supérieure de la dépression (400 mbars). A: angle d'avance avant P.M.H (en degré vilebrequin) N : régime moteur en tr/mn D : dépression en mbars 1 : courbe pleine charge 2 : courbe charge partielle Comme le papillon est ouvert progressivement, on peut remplacer le régime N en tr/min (en abscisse) par les angles d'ouverture papillon (en degré).

En gros on peut approximer la courbe par le fait que papillon complètement ouvert (pleine charge) et  papillon complètement fermé (ralenti), l'avance à charge partielle ne doit pas intervenir, seule la courbe centrifuge est prise en compte. Cela évite le cliquetis à pleine charge et l'emballement du moteur au ralenti (dans certains cas on donne même du retard).
Entre A1 et A2 (fig. 3.7), l'évolution de l'avance se fait de manière proportionnelle à l'évolution de la dépression. A 130 mb, l'avance supplémentaire de charge partielle est de 0°VIL, à 400 mb elle est de 10°VIL. En faisant une interpolation linéaire, cela nous donne l'évolution d'avance suivante : A=D/27, avec A l'avance en degrés vilebrequin (°VIL), D la dépression en mb.
Au vu des courbes proportionnelles entre A1 et A2 , et considérant que c'est sur une petite plage de régime, on peut shunter cette partie et n'utiliser qu'un capteur de dépression se déclenchant uniquement au-dessus de 130 mb (afin d'être sûr d'être toujours au-dessus de la dépression maxi obtenue dans le cas de la pleine charge, courbe 1). Normalement l'avance est proportionnelle à l'augmentation de la dépression jusqu'à 400 mb, ensuite on ne monte plus l'avance. On reste donc fixé à 10° d'avance.
Les concepteurs de l'allumage Visa on utilisé cette approximation pour mettre 10° d'avance au-dessus de 130 mb, mais en décalant un peu plus haut en régime le point où le capteur ON-OFF se déclenche. Attention, la visa utilise une prise d'avance à dépression dans le sens retard, c'est à dire placée sous le papillon. La courbe d'évolution de la dépression n'est pas la même que celle de la courbe donnée en figure 3.7.
Dans les pleines charges / hauts régimes, il ne doit pas y avoir de correction de charge.

Les mesures de dépressions sont augmentées lorsque l'on met le starter (papillon de starter situé au-dessus du papillon d'accélérateur).

Evolution de la dépression mesurée sur la prise sens retard

Les mesures sont prises par LucLaurent, sur son moteur et carbu de Visa (moteur chaud), au niveau de la prise de l'embase du carburateur.

Histoire d'en retartiner une couche pour s'assurer que tout le monde a compris...

Au ralenti, l'avance pleine charge et l'avance charge partielle sont nulles, seule l'avance statique détermine l'angle d'avance.
A pleine charge, l'avance charge partielle est nulle, seules les avances pleine charge et statique s'additionnent pour donner l'angle d'avance. L'avance statique reste constante, par contre l'avance pleine charge varie en fonction du régime moteur. Gestion de la charge débranchée, et à part pour les cas du ralenti et du haut régime, à un régime moteur ne correspond qu'une seule avance, et inversement vu que l'avance croît avec le régime.
Quand on rajoute la dépression, tout se complique, à l'avance fixée précédemment, invariable, va se rajouter une avance supplémentaire, qui dépendra à la fois du régime et de la position accélérateur.

Résumé des paramètres d'avance de base pris en compte par l'allumage

L'angle d'avance est constitué de 3 éléments :

- Avance statique fixe : L'étincelle doit être produite un peu avant le PMH afin de tenir compte de l'inertie de la flamme. Elle agit seule jusqu'à 600 tr/min. Présente quel que soit le régime.
- Avance fonction du régime moteur : Plus le régime augmente, plus l'allumage doit se faire tôt car le PMH arrive plus vite, sinon le mélange finirait de brûler alors que le piston redescend. L'avance du point d'allumage plus le régime augmente est une courbe appelée avance centrifuge ou avance pleine charge (car dans le cas de l'accélérateur enfoncé à fond c'est uniquement elle qui agit). A un régime donné correspond une avance pleine charge donnée. Cette avance s'additionne à l'avance statique.
- Avance fonction de la charge moteur : Si le cylindre est mal rempli, la vitesse de combustion du mélange chute. Il faut avancer l'allumage pour que suffisamment de mélange soit brûlé au PMH. Agit uniquement en cas de charge partielle (accélérateur pas à fond), et s'ajoute au cas idéal de l'avance pleine charge. On l'appelle aussi avance à dépression ou avance à charge partielle. Dépend à la fois du régime et de la charge.

Ces 3 avances s'additionnent.

Les performances du moteur sont très liées à l'avance à l'allumage : un allumage retardé de 1°VIL peut diminuer le rendement de 1%. Voir la courbe de la RTA, et la plage grisée de variation de l'avance sur 10°VIL.

Paramètres supplémentaires à prendre en compte

Avance par rapport à la température

- A basse température on avance l'allumage (vitesse de combustion plus basse)
- A haute température on retarde l'avance (diminue le risque de cliquetis, supérieur en cas de surchauffe).
Je n'ai pas réussi à trouver de valeurs d'avance, je pense qu'il va être nécessaire de les déterminer empiriquement.
Pour l'avance à l'allumage à froid, je propose 5°VIL. 1 à 3° de retard à haute température?

Avance à l'accélération

Pour augmenter la puissance des accélérations, en plus de l'enrichissement apporté par la pompe de reprise, on augmente l'avance (de manière teporisé pour l'allumage de la visa).

Avance au ralenti et à la décélération

Au ralenti et lors des phases en frein moteur, on retarde l'avance pour ne pas avoir d'emballement moteur. Dans les systèmes d'avance à dépression mécanique cela était relié par un deuxième tuyau situé juste en aval du papillon, et qui agissait dans le sens contraire de l'avance à dépression. Cela permet peut-être d'éviter les pétarades dans le pot lors des descentes ?
Dans les injections modernes, il y a une détection au niveau du ralenti moteur qui augmente l'avance si le régime moteur tombe en dessous d'une certaine valeur, ce qui redonne du couple et réaugmente le régime moteur.

Autres paramètres à gérer

Gestion de la charge de la bobine (respect du temps de fermeture et compensation de la tension batterie).
Le temps pendant lequel la bobine fait passer un courant dans son primaire (notion de Dwell ou d'angle de came) doit être indépendant du régime (alors qu'avec les rupteurs il est trop long à bas régime => bobine chauffe et trop court à haut régime => étincelle manquant de puissance là où il en faut plus pour enflammer plus rapidement le mélange). La bobine doit être chargée à bloc au niveau magnétique au moment où le courant primaire est coupé. Il faut donc gérer son temps de charge en fonction du régime.

Tension batterie (plus la tension est faible, plus l'intensité qui passe dans la bobine est faible, donc il faudra plus de temps pour charger la bobine). Ce paramètre est géré normalement par une cartographie 3D (régime-tension-Dwell), mais peut être aussi géré par une fonction modifiant le Dwell en fonction de la tension mesurée.
Une tension de batterie basse se retrouve principalement au démarrage, où le courant très élevé demandé par le démarreur fait baisser la tension batterie à près de 8V au lieu des 12,6 au repos! Et c'est aussi dans cette phase que l'étincelle doit être la plus forte pour permettre un démarrage rapide, même si le mélange froid brûle moins bien.

Richesse du mélange
La richesse varie en fonction du régime, mais cela est pris en compte dans l'avance pleine charge fonction du régime.
Ensuite, il faut savoir que un mélange pauvre met plus de temps à s'enflammer, il faut alors avancer l'avance statique. Comme il est difficile de modifier la richesse sur un carbu, c'est un paramètre que nous ne prendrons ps en compte, mais qu'il faudrait traiter dans le cas d'une injection d'essence et fonctionnement transitoire en mélange pauvre.

Comment gérer tout ça ?

Gestion de l'avance

Il est possible d'utiliser des fonctions (tracé des points de la courbe centrifuge (avance en fonction du régime), puis 10°C en plus quand la dépression règne entre 130 et 400 mbar dans le collecteur d'admission), ce qui est une évolution directe des systèmes mécaniques.

Il est aussi possible d'utiliser une cartographie (plus précise, mais demandant plus de mémoire). La cartographie est le mieux dans le sens où une courbe d'avance à dépression peut être complètement différente d'un régime à l'autre. Mais il reste à la déterminer avec  nos moyens d'amateurs, alors qu'on a déjà du mal à trouver une simple courbe d'avance centrifuge.

Pour déterminer empiriquement la courbe idéale, je propose la solution suivante :
2 touches + et -, accessibles depuis le tableau de bord, permettent de modifier en roulant  la courbe ou la cartographie pour les conditions actuelles de roulage (charge et régime, idéalement température aussi). Le point modifié est sauvegardé dans la mémoire quand on appuie sur une 3eme touche "mémoire". La mise à jour instantanée de l'avance permet de vérifier que le fonctionnement moteur est mieux (arrêt du cliquetis si trop d'avance, augmentation performances ou diminution de conso si trop de retard).
Ensuite, on récupère la courbe sur l'ordinateur le soir, on regarde les points nouvellement créé par rapport à la courbe de la veille, on lisse un peu tout ça et on réenregistre la nouvelle courbe ans le PIC, que l'on remet sur le calculateur. Si lors d'un test ultérieur on s'aperçoit que moteur plus chaud le cliquetis se déclenche, on implante dans le programme un retard d'allumage au dessus d'une certaine température moteur, ou d'une certaine température de l'air d'admission.

Fin de la partie intéressante sur le développement d'un allumage électronique cartographique, suite demain!

Défauts de l'allumage d'origine de la deuche

L'avance de la deuche n'est pilotée qu'en fonction du régime moteur. Le plateau support du rupteur est couplé à l'arbre à cames par l'intermédiaire de ressorts. Plus le moteur tourne vite, et plus les ressorts s'écartent. Le plateau de l'allumage est donc décalé par rapport à l'arbre à came, l'étincelle se produit donc plus tôt par rapport au PMH. L'avance augmente donc avec le régime. On peut voir les courbes sur la RTA.

Les masselottes cessent de s'écarter entre 1500tr/min et 2000 tr/min, autant dire qu'elles ne sont que symbolique quand à une gestion de l'avance à l'allumage, 4 000 tr sur 6000 n'étant pas gérés, et calés sur un régime de 3000 tr/min environ. Quand à la phase de 2000 tr/min gérée par les masselottes, elle ne l'est que de façon linéaire et approximative, ce système mécaanique n'étant pas d'une fiabilité à toute épreuve, et qui plus est sensible aux accélérations et déscellérations (les masselottes sont soumises à l'inertie d'accélération).

L'allumage d'origine est parfaitement réglé pour l'utilisation de la deuche ... à 3000 tr/min uniquement.
En effet, le défaut majeur des systèmes mécaniques, c'est leur complexité de réalisation (essayer de fabriquer vous même un carbu pour voir), et ne sont pas facilement réglables et modulables pour faire face à des changements de fonctionnement. De plus, leur usure par frottement fait rapidement intervenir des jeux, qui rendent le réglages aléatoires (usure des vis platinés, des cames, du système d'avance centrifuge), sans parler des pannes (claquage du condensateur, humidité du rupteur).
De plus, pour en revenir au réglage, prenons l'exemple du Dwell de la bobine (temps pendant lequel est elle est chargée) : l'allumage deuche réglé pour 3000 tr/min ne l'est plus pour un régime supérieur (la bobine n'a pas le temps de se charger à bloc, il faut avancer l'allumage car le temps de la combustion est réduit, ...). Pour les régimes inférieurs, la bobine se charge pendant trop de temps (elle chauffe), et il faut diminuer l'avance pour que l'explosion n'empêche pas le piston de remonter (le fameux retour de manivelle). Tout ça parce que le rond de la came est usiné une fois pour toute, il n'y a pas de moyens mécaniques simples pour la rendre plus pointue à bas régime et plus large à haut régime. (mettre un dessin)
Par chance, l'allumage d'origine possède une avance centrifuge mécanique, qui augmente l'avance avec le régime. Le problème c'est que ce réglage est trop imprécis, et linéaire. Les ressorts distendus par le temps donnent une imprécision supplémentaire. Il est de plus réalisé pour une qualité d'essence qui n'est plus celle utilisée actuellement. Bref, cette avance est obsolète.
L'avance centrifuge peut être suffisante si l'on accepte une perte de rendement, dans des conditions "cool" d'utilisation.
Maintenant, il n'y a pas que le régime qui influe sur le réglage de l'allumage. Il y a aussi la charge. Et ça l'allumage de la deuche n'en tient pas compte (c'est la capsule à dépression sur les autres voitures). Plus on fait rentrer de mélange, plus la compression sera élevée, et plus la vitesse de combustion sera élevée aussi. Il faut alors diminuer l'avance. Comme on ne peut prendre ce paramètre en compte, l'avance d'origine est fixée 10°VIL plus bas pour éviter les cliquetis dans un seul cas d'utilisation, pied au plancher à haut régime. Pour les faibles charges (accélérateur faiblement enfoncé), à ce moment la combustion est moins rapide, il faut donc avancer l'allumage. Comme l'avance est diminuée de 10°VIL, la voiture consommera plus la plupart du temps pour éviter le cliquetis dans le cas pied au plancher à fond dans les tours. Comme aux bas régimes l'allumage n'est pas suffisamment avancé par l'avance centrifuge mécanique, la combustion continue au moment de l'échappement, ce qui augmente la température de l'échappement.
Dans certaines conditions (moteur très chaud, pleine charge) il peut arriver que le mélange brûle d'un coup (explosion) avant que le piston ne soit suffisamment redescendu, c'est le cliquetis, destructeur pour le moteur. Cela est d'autant plus flagrant avec les essences à bas indice d'octane. Résultat, que fait-on : on diminue le taux de compression, on diminue l'avance et on met de l'essence plus chère : c'est à dire que l'on pénalise le rendement moteur sur toute la plage d'utilisation, à cause d'un cas particulier. Reconnaissez que c'est quand même dommage.
Autre chose, l'usure des cames et le mauvais réglage d'écartement de 0,40 mm (Avec la cale d'épaisseur c'est plutôt à 1 dixième près). L'usure des cames les aplati et décale donc l'allumage dans le sens retard. Et cette usure n'est pas négligeable : au delà de 1 dent et demie d'écart d'avance entre les deux cames il est bon de les retourner ou de les changer. C'est assez énorme la différence entre les 2 pistons, du coup il y en a un en retard (plus chaud) et l'autre en avance (risque de cliquetis). Sans parler de la différence de puissance entre les 2 pistons néfaste à la longue.
Bon, je vais m'arrêter là (si quelqu'un à eu le temps de lire ma prose jusqu'au bout), je ne veux pas non plus commencer sur le contrôle total du moteur (injection), mais vous voyez que déjà, rien qu'en touchant la partie allumage, on améliore sacrément la combustion et le fonctionnement du moteur dans les différents cas, ce qui se traduit par plus de puissance et une forte diminution de la consommation (sur ce point, un allumage transistoré n'apporte rien à part une étincelle un peu plus forte et constante => très faible gain en conso, mais moins de ratés de combustion pour les bas régimes).

D'où l'intérêt de construire un système gérant automatiquement les paramètres moteurs pour adapter le point d'allumage en fonction.Le but de l'électronique embarquée est de prendre en charge le maximum de fonctions annexes prenant inutilement de l'attention au conducteur, lequel peut alors se consacrer plus avant sur la conduite.

Allumages transistorés

Le but de ces allumages est seulement de fournir une meilleure étincelle de par la coupure plus franche du courant primaire grâce à l'utilisation d'un transistor à la place du rupteur. On peut ainsi passer un courant dans la bobine plus important.

Allumage transistoré avec rupteur

Le rupteur est conservé, mais seulement comme capteur pour savoir à quel moment on va couper le transistor.
L'usure du capteur est donc fortement diminuée (seul un faible courant passe), mais il faut quand même changer le rupteur tous les 50 000 kms car l'ensemble (lames, support sur came en plastique, etc...) va s'user mécaniquement (étant prévus d'origine pour fonctionner uniquement 15 000 kms).
Les mauvais démarrages, suite à un contact électrique imparfait au rupteur (surtout en hiver et par temps humide) provoquant un courant primaire moins important disparaissent, l'étincelle est franche dès le début.

Avantages de ce type d'allumage sur l'allumage classique :
- démarrage instantané par tous les temps
- entretien réduit
- étincelle un peu plus franche.
- ralenti plus régulier
- moins sensible à l'humidité

Généralement, ces montages électroniques sont prévus pour fonctionner avec la bobine d'origine, et pas une bobine pour allumages électroniques (courant plus important).

Le principe est de débrancher le condo d'allumage et d'intercaler entre le - bobine et le rupteur un boitier électronique. On branchera ce boitier pour qu'il fonctionne d'un côté à +14V (le mieux est de prendre le fil arrivant sur la borne + de la bobine) et de l'autre côté à la masse.
On s'assurera que en cas de problème on pourra rebrancher ensemble les fils entre le - bobine et le rupteur, de même qu'on pourra rebrancher sur le fil du rupteur le condo de démarrage qui sera ensuite relié à la masse.

On peut trouver le circuit d'un allumage transistoré sur le site de JP-Journeau, http://www.n-et-jp-journeau.com/allumage.htm

Pour le montage dans la deuche, on pourra prendre les allumages transistorés montés sur certaines Renault (il suffit de vérifier la présence de rupteurs dans l'allumeur) comme le GCartier ou le Valéo, de même que le Kit Velleman trouvé chez Conrad par exemple.

Ces allumages sont interressant dans la mesure où ils constituent la première évolution depuis bien longtemps des allumages automobiles (fin des années 70), et qu'ils restent relativement simples à installer et d'un coût dérisoire (5 à 6 € à la casse pour un GCartier).

Le Velleman à un radiateur énorme, ce qui veut surement dire que le rendement du transistor Darlington utilisé est surement moins bon que celui du GCartier, celui-ci étant de plus prévu pour l'utilisation dans une voiture (contraintes thermiques, de pollution, d'humidité, de vibrations, etc.).

Allumage Velleman.

En Belgique, les allumages GCartier se trouvent à 5 €, voir moins (il suffit de demander au casseur combien il en veut pour le relais qui pendouille). En France, ce prix semble beaucoup plus rare au vu des messages du forum, et le Velleman peut devenir plus interressant, en plus de la bonne initiation à l'électronique qu'il représente, celui-ci étant le premier montage que j'ai réalisé de ma vie, et sans problèmes par la suite (je touche du bois, car mes premières soudures n'étaient certes pas un modèle du genre...).

Allumage transistoré sans rupteur

Identique à l'allumage transistoré avec rupteur, sauf que le rupteur est supprimé et remplacé par un capteur générant un signal exploitable pour commander l'étincelle. La dernière cause d'usure et de déréglage est supprimée.

Par exemple, le multic (capteurs magnétiques à effet Hall) et le luminetion (capteurs optiques IR).

Attardons-nous un peu sur le luminetion :
Le rupteur est remplacé par un CI émetteur d'un rayon IR (infra rouges) et par une cellule photo-receptrice à transistor. Ces deux composants forment un interrupteur optique, dans le sens ou si l'on intercale entre les deux un écran opaque, la photo réception ne se fait plus et le transistor est ouvert (coupe le courant).

Comme ces deux éléments fonctionnent avec de faibles signaux électroniques, on est obligé de monter un étage d'amplification (circuit électronique).

La came d'allumage est remplacée par deux pales à 180° (pales à la place des cames). Grâce à l'optique, le point d'allumage est bien plus précis qu'avec le rupteur d'origine ou même les capteurs à effet hall. Ces pales, en passant devant le détecteur, coupe le courant, de la même que la came écartait les lames du rupteur et coupait le courant primaire.

L'étage d'amplification est similaire à un allumage transistoré classique, sauf que le signal on/off n'est plus fourni par la fermeture-ouverture du rupteur d'origine mais par la détection ou non du rayon IR.

Le luminetion est plus perfectionné qu'un simple allumage transistoré vu qu'il gère aussi le dwell de la bobine en fonction du régime moteur, mais nous allons voir cela dans le prochain chapitre.

Car depuis le temps, on a fait mieux que l'allumage transistoré ...

Allumage électronique

Description du système

Il me faut tout d'abord expliquer les termes utilisés :
- Allumage électronique :
L'information de déclenchement est fournie par un capteur sans contact (pas d'usure), et le traitement de l'avance est déterminée entièrement de manière électronique (plus de masselottes centrifuges sujettes à déreglement et aux courbes d'avances linéaires). La charge moteur est prise en compte.
Une temporisation coupe la bobine si le moteur ne tourne pas depuis 2 secondes, ce qui permet d'employer des bobines électroniques.
- Allumage électronique intégral : Allumage électronique qui n'a pas de distributeur mécanique de la haute tension (la fameuse "tête de Delco" génératrice de bien des pannes et de soucis)), ce qui améliore la fiabilité du système et permet d'augmenter encore la tension aux bougies (le distributeur étant une source importante de résistance électrique dans le circuit HT). L'architecture est soit d'une bobine par bougie (le mieux, suppression des câbles haute tension et optimisation de l'énergie d'étincelle), ou alors d'un allumage jumostatique (à étincelle perdue, cas du Visa et de la plupart des voitures pour des raisons de coûts).

Plus de déréglage, plus d'usure, insensibilité à l'humidité et une tension constante quelque soit le régime, ainsi qu'une bien meilleure étincelle (courant primaire plus important, rupture plus franche du courant primaire), tels sont les avantages de l'allumage électronique sur l'allumage classique. Il n'y a plus besoins d'avoir recours à des systèmes mécaniques compliqués et sujet à déréglage pour gérer l'avance centrifuge et à dépression. De plus, on peut faire intervenir d'autres paramètres dans la gestion de l'allumage que seulement le régime et la charge moteur, comme la température moteur. A rappeller que seul le régime moteur modifie l'avance dans une 2cv.

On observe une très légère baisse des consommations, de meilleures accélérations et des démarrage à froid facilités.

L'allumage de la Visa est piloté en fonction du régime moteur et de la charge moteur (accélération demandée, côte, etc...). Ces paramétres font intervenir une capsule à dépression pour la mesure de la charge, et de deux capteurs à effet Hall pour mesurer la vitesse du moteur et sa position, remplaçant ainsi les rupteurs et le système d'avance centrifuge. Avec ces deux informations, le calculateur électronique détermine l'avance optimale à partir de la cartographie moteur sauvegardée dans sa mémoire. Enfin, il semblerait que le Visa calcule ses valeurs d'avance de manière analogique, sans passer par une mémoire numérique genre microcontrôleur. On peut jouer sur les paramètres en réglant les potards et il donne un coup d'avance lors des accélérations brusques, pour augmenter la pêche du moteur. Voir Jojo du forum qui est plus un spécialite que moi dans ce domaine.

A noter que les allumages électroniques que l'on monte à la place du boitier d'allumage d'origine conservent l'avance centrifuge mécanique, et n'intègrent pas de gestion de la charge moteur.

Comment ça marche? Le principe est de faire passer un courant supérieur dans la bobine, ce qui la remplit plus vite et permet, à la coupure, de générer une haute tension presque 2 fois supérieure.
Une temporisation coupe la bobine si le moteur ne tourne pas depuis 2 secondes, ce qui permet d'employer des bobines électroniques, ayant moins de résistances internes ce qui permet un courant primaire plus élevé, donnant dans le secondaire une tension de 50 000 V (étincelle de meilleure qualité enflammant mieux le mélange, utilisation d'électrodes plus écartées ou de bougies multi-électrodes).

Concernant le cas particulier de la deuche, l'allumage souffre encore de trois tares principales avec les allumages électroniques classiques : l'allumage est toujours jumostatique, les cames s'usant irrégulièrement le point d'allumage est différent entre les deux cylindres, et pour finir le calage est toujours tributaire de l'insuffisante avance centrifuge mécanique, linéaire et imprécise avec l'usure.

Pour remédier à cela, il faut une avance centrifuge électronique, un capteur de point mort haut relié au vilbrequin pour ne plus être tributaire des divers jeux sur l'arbre à came via les engrenages, puis à l'usure des cames. Sur le volant moteur, le grand diamètre permet d'être plus précis pour savoir où l'on en est, et le point d'allumage est identique sur les deux cylindres, ce qui permet de diminuer le nombre de capteurs de fonctionnement, les conditions en théorie étant les mêmes sur les deux cylindres.
Le système des cames sera remplacé par un système à double capteur pour savoir quel cylindre est traité. A ce moment, la précision de passage n'est plus importante.

Mais revenons aux paramètres gérés par les allumages électroniques, par rapport à l'allumage transistoré :

Point d'allumage plus précis

En changeant les rupteurs par d'autres capteurs plus précis (IR ou magnétique), on permet un meilleur séquencement du temps moteur, un réglage plus précis du point d'avance (la mise à feu ne se fait plus sur une plage assez large, faisant que des fois ça va, des fois ça va pas). Résultat, le moteur tourne plus "rond" (comme une horloge), le déséquilibre moteur est moindre (silent-blocs moins sollicités).

Gestion du dwell

Un remplissage optimal de la bobine, et cela quelque soit le régime, améliore déjà beaucoup les choses par rapport à l'allumage transistoré. Le moteur est plus souple dans toute la plage de régime, la puissance à haut régime est augmentée (auparavant, l'étincelle avait moins d'énergie et cela justement au moment où la combustion doit se faire le plus rapidement possible), la bobine chauffe moins au ralenti. La combustion plus complète diminue la consommation (0,3 l aux 100 environ). Accélérations supérieures.

Liste des allumages électroniques gérant juste le dwell :
Luminetion : Gère le dwell, point d'allumage précis grâce aux capteurs optiques.

Gestion de l'avance

Le seul contrôle que s'autorise l'allumage d'origine, c'est la gestion de l'avance. C'est un système mécanique basé sur deux ressort et des masselottes aux extrémités, le tout monté juste derrière l'allumeur sur l'arbre à came (AAC). Plus l'AAC tourne vite, plus la force centrifuge tend à écarter les masselottes, qui sont retenues par les ressorts. Plus ces masselottes s'écartent, et plus l'allumeur tourne sur lui même, ce qui provoque un point d'allumage de plus en plus en avance.
Le problème de ce système, c'est que la courbe d'avance n'est constitué que de 3 segments de droite, le premier est horizontal (dans les bas régime le moteur ne tourne pas assez vite pour écarter les masselottes), le deuxième est linéaire et croissant (les masselottes s'écartent progressivement), puis le dernier segment (haut dans les tours) est de nouveau horizontal puisque les masselottes arrivées en butée ne peuvent plus s'écarter. Cette courbe est plutôt "on/off" et ne correspond pas vraiment aux besoins du moteur.

De plus, au fil du temps les ressorts vont s'avachir, ce qui décale la courbe d'avance et diminue le rendement du moteur. Vérifier la courbe d'avance se fait en dynamique et exige une lampe stroboscopique de même qu'un compte-tour précis, ce qui est autre chose que la simple lampe pour vérifier le calage de l'allumage.

Un allumage gérant dynamiquement l'avance permet de mieux fonctionner à tous les régimes moteurs. Le couple moteur est supérieur aux bas régimes. Moins d'émissions polluantes car la combustion est meilleure.

Gestion de la charge

L'allumage gère l'avance en interne, grâce à une table comme celles que l'on rencontre dans les calculateurs des moteurs à injection. Pour cette raison ce type d'allumage est dit cartographié (la table à 3 entrées, donc trois dimensions, la représentation spatiale de tous ses points représente une surface complexe).

EN quoi consistent ces trois entrées ? Il y a bien sûr le régime moteur (à chaque régime correspond un angle d'avance en °VIl précis) et ensuite la charge moteur (la combustion n'est pas la même suivant qu'il y ai beaucoup ou peu de mélange, il faut donc pondérer l'avance du régime en fonction de cette information). La troisième entrée est plutôt une sortie, vu que c'est la valeur de l'avance pour un régime et une charge donnée. C'est cette information que l'on récupère du tableau, ou plutôt de la carte moteur.

La gestion de la charge permet de ne pas s'engorger dans les accélérations et évite le cliquetis moteur dans les côtes.

Gestion de la température moteur

Comme nous l'avons dans le chapitre contrôle de l'allumage, à froid les besoins en avance sont différents des besoins à chaud. Une modification des paramètres d'avance évite à la voiture à froid de hoqueter, d'avoir peu de puissance et de tirer en plein le starter, pour de réelles économie de carburant ce coup-ci, surtout en hiver.

Divers Allumages électroniques

L'allumage de Visa

EN 1978, apparaît le premier allumage électronique intégral au monde monté de série. Cocorico, c'est sur une Citroën qu'il apparait, qui plus est sur la dernière évolution du flat-twin de la deuche montée dans les Visa Super et Club. Il s'agit du 2M Thomson.

FIG. 5.1.1 : Allumage Électronique Intégral 2M Thomson de Visa 2 cylindres. 1 : Batterie 2 : Contact (Neiman) 3 : Bobine d'allumage 4 : Volant Moteur 5 : Plot 6 : Capteur de proximité 7 : Capteur de dépression sur carbu 8 : Calculateur (A: fonction calcul avance , B : fonction calcul énergie) 9 : Bougies.

On peut remarquer que le calculateur fournit deux valeurs en sortie :
A : l'avance à l'allumage en °VIL
B : le Dwell de la bobine.

Le DG - Ignition

Le DG - Ignition est le meilleur allumage du marché du moment car il est le seul à modifier l'avance d'origine, ce qui améliore le couple et la conso à moyen régime. Les autres, pour ne pas avoir d'emmerdes

Le 123 Ignition

On retrouve plusieurs modèles :
- UNI : Au niveau de la tension, il fonctionne sur les 2cv en 6 ou 12V. Grâce à ses 16 courbes d'avance mémorisées dans le calculateur (sélectionnables par un sélecteur rotatif sur l'allumeur, derrière le ventilo... donc sélectionnée une bonne fois pour toute) il permet de fonctionner avec tous les moteurs de deuche produits (depuis ceux de la type de 9 ch au moteur de Dyane 33 ch, y compris ceux fonctionnement au GPL et ceux à l'éthanol, le carburant E85 que l'on retrouve en Suède). Ces courbes incluent une gestion spécifique du dwell pour chaque moteur, et fonctionnent avec la bobine noire d'origine (haute impédance du primaire). Apparemment le rupteur d'origine est conservé.
- 2CV : Concentré sur les 2cv récentes (depuis 70). La came et le rupteur, ainsi que les masselottes sont retirées.
- Blue : Par rapport au 123Ignition/2CV précédent il permet d'utiliser une bobine marron de visa, donc une étincelle plus puissante. La détection de la bobine utilisée est automatique et le dwell est ajusté en conséquence. Un capteur de dépression dans le collecteur d'admission permet de gérer la charge moteur.

à suivre...