Installations électriques du moteur

Généralités
L'installation électrique est du type 12 volts à masse négative, et comprend une batterie 12 volts, un alternateur avec régulateur de tension intégré, un démarreur et les accessoires, composants et câblage électriques associés. La batterie est du type à faible entretien ou sans entretien « scellée à vie », et elle est chargée par un alternateur entraîné par courroie depuis la poulie du vilebrequin. Le démarreur est du type à pignon baladeur, avec solénoïde intégré. Au démarrage, le solénoïde fait engrener le pignon d'entraînement avec la couronne du volant moteur avant que le moteur du démarreur ne soit alimenté. Une fois le moteur démarré, un embrayage à roue libre empêche l'induit du moteur d'être entraîné par le moteur thermique tant que le pignon n'est pas désengagé du volant moteur.

Le système d'allumage est chargé d'enflammer le mélange air/carburant dans chaque cylindre au moment correct, en fonction du régime et de la charge du moteur. Plusieurs systèmes d'allumage différents équipent les modèles de la gamme Sierra/P100, allant d'un système électronique simple sans rupteur à un système de gestion moteur entièrement intégré, commandant l'allumage et l'injection de carburant.

Le système d'allumage repose sur l'alimentation de la bobine en basse tension depuis la batterie, où elle est transformée en haute tension.

La haute tension est suffisamment puissante pour franchir l'écartement de la bougie dans les cylindres plusieurs fois par seconde, sous des pressions de compression élevées, à condition que le système soit en bon état. Le circuit basse tension (ou primaire) comprend la batterie, le fil allant au contacteur d'allumage, le fil allant du contacteur d'allumage aux enroulements basse tension de la bobine (borne + /15) et également à la borne d'alimentation du module électronique, ainsi que le fil allant des enroulements basse tension de la bobine (borne - /1) à la borne de commande du module électronique.

Le circuit haute tension (ou secondaire) comprend les enroulements haute tension de la bobine, le câble HT (haute tension) reliant la bobine au distributeur, le rotor, les câbles HT vers les bougies, et les bougies.

Le système fonctionne de la manière suivante. Le courant qui circule dans les enroulements du circuit basse tension crée un champ magnétique autour des enroulements haute tension. Lorsque le moteur tourne, un capteur produit une impulsion électrique qui est amplifiée dans le module électronique et utilisée pour couper le circuit basse tension.

L'effondrement ultérieur du champ magnétique autour des enroulements haute tension produit une tension haute tension, qui est ensuite envoyée à la bougie concernée par l'intermédiaire du couvercle de distributeur et du rotor. Le circuit basse tension est automatiquement rétabli par le module électronique, afin de permettre la reconstitution du champ magnétique avant l'allumage de la bougie suivante. L'avance et le retard à l'allumage sont gérés automatiquement afin que l'étincelle se produise au bon moment, en fonction du régime et de la charge du moteur.

Afin d'améliorer la conduite pendant la phase de chauffe et de réduire les niveaux d'émissions polluantes à l'échappement, certains véhicules sont équipés d'un système de contrôle de l'allumage sensible à la température, à commande par dépression.

Système à décharge inductive
Il s'agit du système le moins sophistiqué équipant la gamme Sierra/P100. Il comprend un distributeur sans rupteur et un module de commutation/amplification électronique, en plus de la bobine et des bougies.

L'impulsion électrique nécessaire pour couper le circuit basse tension est générée par une bobine de déclenchement magnétique située dans le distributeur. Une roue de déclenchement tourne à l'intérieur d'un stator magnétique, le champ magnétique étant fourni par un aimant permanent. Le champ magnétique entre les deux pôles (branche du stator et roue de déclenchement) dépend de l'entrefer entre ces deux pôles. Lorsque l'entrefer est au minimum, la branche de la roue de déclenchement se trouve directement en face de la branche du stator ; c'est le point de déclenchement. Lorsque le flux magnétique entre la branche du stator et la roue de déclenchement varie, une tension est induite dans la bobine de déclenchement montée sous la roue de déclenchement. Cette tension est détectée, puis amplifiée par le module électronique et utilisée pour couper le circuit basse tension. Il y a une branche de roue de déclenchement et une branche de stator par cylindre (4).

L'avance à l'allumage est une fonction du distributeur et est commandée à la fois mécaniquement et par un système à dépression. Le régulateur mécanique se compose de deux masselottes qui s'écartent de l'arbre du distributeur lorsque le régime moteur augmente, sous l'effet de la force centrifuge. En s'écartant, elles font tourner la roue de déclenchement par rapport à l'arbre du distributeur, ce qui avance l'étincelle.

Les masselottes sont maintenues en position par deux ressorts légers, et c'est principalement la tension de ces ressorts qui détermine l'avance correcte à l'étincelle.

La commande à dépression se compose d'un diaphragme dont une face est reliée par un petit flexible au carburateur ou au collecteur d'admission, et l'autre face au distributeur. La dépression dans le collecteur d'admission et/ou le carburateur, qui varie avec le régime moteur et la position du papillon, fait bouger le diaphragme, ce qui déplace le support de capteur (platine) et avance ou retarde l'étincelle. Un réglage fin est assuré par un ressort situé dans l'ensemble diaphragme.

Système ESC (Electronic Spark Control)
Ce système n'équipe que les premiers modèles « Economy », et comprend un distributeur à effet Hall ainsi qu'un module ESC, en plus de la bobine et des bougies.

L'impulsion électrique nécessaire pour couper le circuit basse tension est générée par un capteur situé dans le distributeur. Un volet de déclenchement tourne dans l'entrefer entre un aimant permanent et le capteur. Le volet de déclenchement comporte quatre découpes, une par cylindre. Lorsqu'une des découpes du volet se trouve en face du capteur, le flux magnétique peut passer entre l'aimant et le capteur. Lorsqu'un segment plein du volet se trouve en face du capteur, le flux magnétique est dévié à travers le volet, loin du capteur. Le capteur détecte la variation du flux magnétique et envoie une impulsion au module ESC, qui coupe le circuit basse tension.

L'avance à l'allumage est une fonction du module ESC et est commandée par la dépression. Le module est relié au collecteur d'admission par un tuyau à dépression, et un transducteur situé dans le module convertit le signal de dépression en tension électrique. À partir de ce signal, le module ESC détermine la charge moteur, tandis que le régime moteur est déterminé à partir de l'intervalle entre les impulsions fournies par le capteur du distributeur. Le module dispose en mémoire d'une plage de valeurs d'avance à l'allumage, et une valeur appropriée est sélectionnée pour le régime et la charge concernés. L'avance peut ainsi être modifiée en permanence pour s'adapter aux conditions de régime et de charge du moment.

Système ESC II (Electronic Spark Control II)
Modèles à carburateur 1.8 et 2.0 litres SOHC. Ce système est une évolution du système ESC décrit précédemment dans cette section ; il permet un contrôle plus précis du fonctionnement du moteur grâce à des fonctions de surveillance supplémentaires et à des sorties de commande supplémentaires.

Les véhicules équipés du système ESC II disposent d'un réchauffeur électrique de collecteur d'admission qui réchauffe le mélange air/carburant lorsque le moteur est froid. Cela réduit la quantité d'enrichissement en carburant nécessaire, abaisse la consommation et améliore la conduite lorsque le moteur est froid.

Le réchauffeur est commandé par le module ESC II, qui reçoit les informations de température moteur d'un capteur de température du liquide de refroidissement monté dans le collecteur d'admission.

Sur les modèles 2.0 litres SOHC, le module ESC II commande le moteur pas à pas du carburateur afin de régler le régime de ralenti. À partir des informations sur le régime moteur, la charge, la température et la position du papillon (fournie par un contacteur sur le carburateur), le module pilote le moteur pas à pas pour maintenir un ralenti constant. Sur les modèles équipés d'une boîte automatique et/ou d'une climatisation, des signaux supplémentaires sont envoyés au module afin qu'il pilote le moteur pas à pas pour compenser la charge supplémentaire imposée au moteur par la boîte automatique ou la climatisation. Le module ESC II pilote également un relais « power hold » qui permet au moteur pas à pas de fonctionner brièvement après la coupure du contact, afin d'effectuer un cycle d'anti-recyclage et de ventilation du collecteur.

Modèles carburés 2.0 litres DOHC. Une version évoluée du système ESC II est utilisée pour piloter le fonctionnement du moteur. Le module reçoit les informations d'un capteur de régime/position du vilebrequin (similaire à celui décrit pour le système ESC Hybrid), à la différence que ce capteur est activé par une roue dentée située à l'arrière du vilebrequin, à l'intérieur du bloc-cylindres, ainsi que d'un capteur de température du liquide de refroidissement moteur.

L'avance à l'allumage est gérée par le module ESC II et commandée par dépression.

Le module est relié au carburateur par un tuyau de dépression, et un transducteur situé dans le module convertit le signal de dépression en tension électrique. À partir de ce signal de dépression, le module détermine la charge moteur ; le régime moteur et la température sont déterminés à partir du capteur de régime/position du vilebrequin et du capteur de température du liquide de refroidissement moteur. Le module dispose, dans sa mémoire, d'une plage de valeurs d'avance à l'allumage, et une valeur appropriée est sélectionnée selon le régime, la charge et la température du moteur. L'avance peut ainsi être modifiée en permanence pour s'adapter au régime moteur et aux conditions de charge.

Système ESC Hybrid (Electronic Spark Control Hybrid)
Ce système équipe les modèles 1.8 CVH et comprend plusieurs capteurs et un module ESC Hybrid, en plus de la bobine et des bougies. Le distributeur sert uniquement à répartir la haute tension (HT) vers les bougies ; il se compose simplement d'un rotor monté directement à l'extrémité de l'arbre à cames et d'un couvercle de distributeur.

L'impulsion électrique nécessaire à la coupure du circuit basse tension est générée par un capteur de régime/position du vilebrequin, activé par une roue dentée montée sur le vilebrequin. La roue dentée comporte 35 dents régulièrement espacées avec un espace vide à la 36e position.

L'espace vide permet au capteur de déterminer la position du vilebrequin par rapport au PMH (point mort haut) du piston n° 1.

Les informations de charge moteur sont fournies au module ESC Hybrid par un transducteur de dépression situé dans le module, relié au collecteur d'admission par un tuyau de dépression. D'autres signaux sont fournis par un capteur de température du liquide de refroidissement monté sur le collecteur d'admission, et par un capteur de température de l'air d'admission monté à la base du filtre à air. Le module sélectionne la valeur d'avance à l'allumage optimale à partir des informations reçues des différents capteurs. L'avance peut ainsi être modifiée en permanence pour s'adapter aux conditions de fonctionnement du moteur.

En plus du circuit d'allumage, le module commande une résistance de réchauffage du starter électrique ainsi qu'une électrovanne qui pilote à son tour un amortisseur de papillon sur le carburateur. La résistance de réchauffage du starter électrique est pilotée par le module à partir des informations du capteur de température du liquide de refroidissement moteur. Cette résistance sert à ralentir la vitesse de retour du starter, ce qui améliore la conduite et la consommation globale lorsque le moteur est froid. L'électrovanne commande l'alimentation en dépression de l'amortisseur de papillon du carburateur. L'amortisseur de papillon empêche la fermeture brutale du papillon lors des décélérations, ce qui maintient la combustion du mélange air/carburant et réduit les émissions polluantes des gaz d'échappement.

Noter qu'il n'est pas prévu de réglage de l'avance à l'allumage sur le système ESC Hybrid.

Système EEC IV (Electronic Engine Control IV)
Modèles 2.0 litres SOHC à injection. Ce système commande à la fois l'allumage et l'injection. Le module EEC IV reçoit les informations d'un capteur de distributeur à effet Hall (similaire à celui décrit précédemment dans cette section pour le système ESC), d'un capteur de température du liquide de refroidissement monté sur le collecteur d'admission, d'un capteur de position du papillon et d'un débitmètre d'air.

De plus, sur les modèles équipés d'une boîte automatique et/ou d'une climatisation, des signaux supplémentaires sont envoyés au module afin qu'il augmente le régime de ralenti pour compenser la charge supplémentaire imposée au moteur par la boîte automatique ou la climatisation. Le module fournit des signaux de commande pour la pompe à carburant, les injecteurs, le régime de ralenti et le circuit d'allumage. À partir des informations des différents capteurs, le module EEC IV calcule l'avance à l'allumage optimale ainsi que la durée d'injection des injecteurs, adaptées aux conditions de fonctionnement du moteur. Ce système assure un pilotage très précis du moteur dans toutes les conditions, améliore la consommation et la conduite, et réduit les émissions polluantes. Une « stratégie de fonctionnement limité » (LOS) permet au véhicule de rester conduisible, bien qu'avec une puissance et un rendement réduits, en cas de défaillance du module ou de ses capteurs.

Modèles 2,0 litres DOHC à injection. Un développement du système EEC IV est utilisé pour commander à la fois les systèmes d'allumage et d'injection de carburant. Le module reçoit les informations d'un capteur de vitesse et de position du vilebrequin (semblable à celui décrit pour le système ESC Hybrid), à la différence que ce capteur est activé par un disque denté situé à l'arrière du vilebrequin, à l'intérieur du bloc-cylindres, d'un capteur de position du papillon, d'un capteur de température du liquide de refroidissement moteur, d'un capteur de température du carburant, d'un capteur de température de l'air d'admission, d'un capteur de pression absolue du collecteur (MAP) et d'un capteur de vitesse du véhicule (monté sur la boîte de vitesses). De plus, sur les modèles équipés d'un catalyseur, le module EEC IV reçoit une entrée supplémentaire d'une sonde à oxygène des gaz d'échappement (HEGO). Sur les modèles à boîte automatique, des capteurs supplémentaires sont montés sur la boîte pour informer le module EEC IV lorsque la boîte est en position point mort et lorsque le kickdown est actionné.

Le module pilote la pompe à carburant, les injecteurs, le régime de ralenti, le système d'allumage et la boîte de vitesses automatique.

De plus, sur les modèles équipés d'une climatisation, le module EEC IV désengage l'embrayage du compresseur de climatisation au démarrage du moteur et lors d'une accélération brusque du moteur. Sur les modèles équipés d'un catalyseur, le module EEC IV commande également l'électrovanne de purge du filtre à charbon actif.

À partir des informations fournies par les différents capteurs, le module EEC IV calcule l'avance à l'allumage optimale et la durée d'impulsion des injecteurs adaptées aux conditions de fonctionnement du moteur. Une « stratégie de fonctionnement limité » (LOS) permet au véhicule de rester utilisable, bien qu'avec une puissance et un rendement réduits, en cas de défaillance du module ou de l'un de ses capteurs.

Modèles 1,6 litre et 1,8 litre (type R6A) CVH. Un développement du système EEC IV est utilisé pour commander à la fois les systèmes d'allumage et d'injection de carburant. Un système d'allumage entièrement électronique sans distributeur (DIS) est monté, remplaçant la distribution mécanique de la haute tension (par un distributeur rotatif) par des composants électroniques « statiques » à semi-conducteurs.

Le système sélectionne l'avance à l'allumage la plus appropriée aux conditions de fonctionnement du moteur à partir d'une cartographie tridimensionnelle de valeurs mémorisée dans la mémoire du module de commande EEC IV. Le module choisit la valeur d'avance appropriée en fonction des informations fournies sur la charge moteur, le régime et la température de fonctionnement par différents capteurs.

Le module EEC IV reçoit les informations d'un capteur de vitesse et de position du vilebrequin (semblable à celui décrit pour le système ESC Hybrid), à la différence que, sur les moteurs 1,6 litre, ce capteur est activé par un disque denté situé sur le volant moteur, d'un capteur de position du papillon, d'un capteur de température du liquide de refroidissement moteur, d'un capteur de température de l'air d'admission, d'un capteur de pression absolue du collecteur (MAP), d'un capteur de vitesse du véhicule (monté sur la boîte de vitesses) et d'une sonde à oxygène des gaz d'échappement.

Le module pilote la pompe à carburant, l'injecteur, le moteur de commande du papillon des gaz, l'électrovanne de commande de l'air pulsé, l'électrovanne de purge du filtre à charbon actif (le cas échéant) et le système d'allumage.

À partir des informations fournies par les différents capteurs, le module EEC IV calcule l'avance à l'allumage optimale et la durée d'impulsion de l'injecteur adaptées aux conditions de fonctionnement du moteur. Une « stratégie de fonctionnement limité » (LOS) permet au véhicule de rester utilisable, bien qu'avec une puissance et un rendement réduits, en cas de défaillance du module ou de l'un de ses capteurs.

Précautions
Généralités
Il est nécessaire de faire particulièrement attention lors des interventions sur le circuit électrique afin d'éviter d'endommager les composants à semi-conducteurs (diodes et transistors) et de prévenir tout risque de blessure. En plus des précautions données dans la section « Sécurité avant tout » au début de ce manuel, tenez compte des points suivants lors de l'intervention sur le système.

Retirez toujours bagues, montres, etc., avant d'intervenir sur le circuit électrique. Même avec la batterie débranchée, une décharge capacitive peut se produire si une borne sous tension d'un composant est reliée à la masse par un objet métallique.

Cela peut provoquer un choc électrique ou une brûlure grave.

Ne inversez pas les branchements de la batterie.

Des composants tels que l'alternateur ou tout autre dispositif comportant des circuits à semi-conducteurs pourraient être endommagés de façon irréversible.

Si le moteur doit être démarré à l'aide de câbles de démarrage et d'une batterie auxiliaire, branchez la borne positive à la borne positive et la borne négative à la borne négative. Ceci s'applique également lors du raccordement d'un chargeur de batterie.

Ne débranchez jamais les bornes de la batterie ni le connecteur multiple de l'alternateur lorsque le moteur tourne.

Les câbles de batterie et le connecteur multiple de l'alternateur doivent être débranchés avant toute opération de soudage électrique sur le véhicule.

Ne jamais utiliser un ohmmètre à générateur à manivelle pour le contrôle de circuits ou de continuité.

Allumage et systèmes de gestion moteur
Avertissement : La tension HT
générée par un système d'allumage électronique est extrêmement élevée et peut, dans certaines circonstances, être mortelle. Évitez de recevoir des décharges électriques du côté HT du système d'allumage. Ne manipulez pas les câbles HT et ne touchez pas le distributeur ni la bobine lorsque le moteur tourne. Lors de la recherche de pannes dans le circuit HT, utilisez des outils bien isolés pour manipuler les câbles sous tension.

Les modules de gestion moteur sont des composants très sensibles. Certaines précautions doivent être prises pour éviter d'endommager le module lors de travaux sur un véhicule équipé d'un système de gestion moteur, comme suit.

Lors de travaux de soudage sur le véhicule à l'aide d'un équipement de soudage électrique, la batterie et l'alternateur doivent être débranchés.

Bien que les modules montés sous le capot (tous sauf EEC IV) supportent les conditions normales sous le capot, ils peuvent être altérés par une chaleur ou une humidité excessives.

En cas d'utilisation d'un équipement de soudage ou d'un nettoyeur haute pression à proximité du module, veillez à ne pas diriger de chaleur, ni de jets d'eau ou de vapeur, vers le module. Si cela ne peut être évité, déposez le module du véhicule et protégez sa fiche de câblage avec un sac plastique.

Avant de débrancher un câblage ou de déposer des composants, assurez-vous toujours que le contact d'allumage est coupé.

Sur les modèles dont le module est monté sous le capot, ne pas faire tourner le moteur lorsque le module est détaché de la tôle de carrosserie, car la carrosserie agit comme un dissipateur thermique efficace et le module risque d'être endommagé par une surchauffe interne.

Ne pas tenter d'improviser des procédures de diagnostic à l'aide d'une lampe témoin ou d'un multimètre, car le module risquerait d'être irrémédiablement endommagé.

Après toute intervention sur les composants du système d'allumage ou de gestion moteur, s'assurer que tout le câblage est correctement rebranché avant de reconnecter la batterie ou de mettre le contact.

Sur certains premiers allumeurs Bosch, il est possible qu'avec le couvercle de l'allumeur retiré, si le moteur est lancé au démarreur, les clips de fixation du couvercle tombent vers l'intérieur et bloquent la roue ou la lame de déclenchement, la faisant sortir de son alignement. Dans ce cas, l'allumeur devra être remplacé, car la roue ou la lame de déclenchement ne peut pas être repositionnée. Veiller donc à ne pas lancer le moteur au démarreur lorsque le couvercle de l'allumeur est retiré. Les allumeurs plus récents sont dotés de clips modifiés qui éliminent ce problème.

Dépose
1 La batterie se trouve dans le compartiment moteur, du côté gauche de la cloison.

2 Débrancher les câbles de la borne négative (masse) en dévissant l'écrou de fixation et en retirant le boulon. Retirer le capuchon en plastique, puis débrancher les câbles de la borne positive de la même manière.

3 Desserrer suffisamment le boulon de bride pour pouvoir soulever la batterie de son logement (voir illustration). Maintenir la batterie en position verticale afin d'éviter de répandre de l'électrolyte sur la carrosserie.

Repose
4 La repose s'effectue dans l'ordre inverse de la dépose ; toutefois, enduire les bornes de vaseline avant de rebrancher les câbles, et toujours brancher le câble positif en premier et le câble négatif en dernier.