Systèmes de préchauffage et post chauffage (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce cours, l’élève sera capable de :** - Décrire le fonctionnement du circuit de préchauffage d’un moteur diesel automobile (bougies de préchauffage, relais, temporisateur, capteur de température). - Réaliser le diagnostic, le contrôle et le remplacement des composants du circuit de préchauffage selon les procédures du constructeur et les normes de sécurité. - Mettre en œuvre une activité d’intégration consistant à vérifier le bon démarrage à froid d’un véhicule après intervention sur le circuit de préchauffage. - Appliquer les règles d’hygiène, de sécurité et de protection de l’environnement lors des interventions (port des EPI, manipulation des fluides, mise à la terre). **Prérequis :** - Notions de base en électricité automobile (tension, courant, résistance, loi d’Ohm). - Connaissance des symboles schématiques électriques (relais, diode, capteur, résistance). - Savoir utiliser un multimètre numérique et une lampe de contrôle. - Connaître les consignes de sécurité en atelier (ISO 45001, norme NF C 15-100). --- ## Introduction contextualisée Dans les régions du Cameroun où les températures matinales peuvent descendre sous 10 °C, le démarrage à froid des moteurs diesel pose problème sans un dispositif de préchauffage efficace. Le circuit de préchauffage élève la température de la chambre de combustion afin de faciliter l’auto‑allumage du carburant. Une défaillance de ce circuit entraîne des difficultés de démarrage, une surconsommation de carburant et une augmentation des émissions polluantes. La maintenance préventive et corrective de ce système constitue donc une compétence essentielle pour le technicien en maintenance des systèmes électriques et électroniques automobile, conformément au référentiel du Probatoire (MAV) du MINESEC/IGE. --- ## I. Maintenance du circuit de préchauffage ### 1. Composition et principe de fonctionnement Le circuit de préchauffage comprend généralement : | Élément | Fonction | Tension nominale | Plage de réglage | |---------|----------|------------------|------------------| | Bougies de préchauffage (4 pcs) | Chauffent l’air dans chaque cylindre | 12 V (alimentation) | 800 °C – 1100 °C | | Relais de préchauffage | Coupe‑circuit commandé par le temporisateur | 12 V bobine | – | | Temporisateur (module de commande) | Génère une impulsion de durée prédéfinie (≈ 5 s) | 5 V logique | Réglable selon température ambiante | | Capteur de température du liquide de refroidissement | Informations au temporisateur pour adapter la durée | 0‑5 V signal | – | | Fusible de protection | Limite le courant en cas de court‑circuit | 15 A | – | **Principe** : Lorsque la clé est tournée en position « pré‑chauffage », le temporisateur reçoit le signal du capteur de température. Si la température du liquide est inférieure à un seuil (≈ 20 °C), il enclenche le relais pendant une durée déterminée (généralement 4‑6 s). Le relais alimente les bougies, qui chauffent l’air d’admission. À la fin de l’impulsion, le relais s’ouvre et le moteur peut être démarré. > **>** La durée d’impulsion du temporisateur est directement proportionnelle à la différence entre la température de consigne (≈ 20 °C) et la température mesurée du liquide de refroidissement. ### 2. Procédure de contrôle et de diagnostic | Étape | Action | Instrument | Valeur attendue | Interprétation | |-------|--------|------------|-----------------|----------------| | 1 | Vérifier la présence de tension aux bornes du relais (bobine) en position pré‑chauffage | Multimètre en VDC | 12 ± 0,5 V | Absence → défaut de temporisateur ou de capteur | | 2 | Mesurer la résistance de chaque bougie (entre la borne haute et la masse) | Ohmmètre | 0,5 – 2,0 Ω (selon constructeur) | Valeur > 2 Ω → bougie défectueuse | | 3 | Contrôler la continuité du fusible | Multimètre en Ω | < 0,1 Ω | Fusible ouvert → remplacer | | 4 | Vérifier le signal du capteur de température (tension variable) | Multimètre en VDC | 0,2 V (froid) → 4,5 V (chaud) | Signal plat → capteur HS | | 5 | Mesurer le temps d’enclenchement du relais avec un chronomètre ou un oscilloscope | Chronomètre | 4‑6 s (selon température) | Temps trop court/long → temporisateur mal réglé | > **>** Toujours débrancher la batterie avant de manipuler les bougies pour éviter tout risque d’étincelle près du carburant. ### 3. Remplacement des bougies de préchauffage 1. **Mise en sécurité** : couper le contact, débrancher le négatif de la batterie, attendre 2 min. 2. **Accès** : retirer le cache moteur, débrancher le connecteur de chaque bougie. 3. **Dépose** : utiliser une clé à bougie (généralement 10 mm) dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. 4. **Contrôle** : comparer la résistance mesurée avec les valeurs du tableau constructeur. 5. **Remise** : visser la nouvelle bougie à la main jusqu’à contact, puis serrer au couple spécifié (souvent 15‑20 Nm). 6. **Rebranchement** : reconnecter les fiches, remettre le cache, rebrancher la batterie. 7. **Essai** : tourner la clé en position pré‑chauffage, vérifier que le relais s’enclenche (clic audible) et que la durée correspond à la température ambiante. > **>** Utiliser exclusivement des bougies préchauffage spécifiées par le constructeur (ex. : Bosch GR 120, NGK Y‑107) pour garantir la compatibilité thermique et électrique. ### 4. Exemple chiffré : calcul de la consommation énergétique du préchauffage Supposons un véhicule avec 4 bougies de 12 V, chacune consommant 8 A pendant l’impulsion. - Puissance par bougie : \(P = U \times I = 12 V \times 8 A = 96 W\). - Puissance totale : \(P_{tot}=4 \times 96 W = 384 W\). - Durée moyenne d’impulsion à 5 °C : 5 s. - Énergie consommée : \(E = P_{tot} \times t = 384 W \times 5 s = 1920 J\). - Conversion en Wh : \(E_{Wh}= \frac{1920}{3600}=0,53 Wh\). > **>** L’énergie consommée par le préchauffage est négligeable comparée à celle nécessaire au démarrage du moteur (plusieurs dizaines de kJ). --- ## II. Activités d’intégration ### 1. Objectif de l’activité Vérifier, après intervention sur le circuit de préchauffage, que le véhicule démarre correctement à froid (température ambiante ≤ 15 °C) et que les émissions de fumée blanche à l’échappement sont réduites. ### 2. Matériel requis - Jeu de clés à bougie, tournevis isolés. - Multimètre numérique, lampe de test 12 V. - Chronomètre ou fonction « relais » d’un oscilloscope portable. - EPI : gants isolants, lunettes de protection, chaussures de sécurité. - Véhicule diesel de formation (ex. : Toyota Hilux 2.5 L D‑4D, année 2018). ### 3. Déroulement pas à pas | Étape | Action du technicien | Contrôle attendu | |-------|----------------------|------------------| | A | Mettre le véhicule en position « park », frein de stationnement serré. | Sécurité assurée. | | B | Effectuer le diagnostic du circuit de préchauffage (voir tableau I‑2). | Toutes les valeurs dans les plages normales. | | C | Remplacer les bougies défectueuses (le cas échéant) suivant la procédure I‑3. | Bougies neuves, couple de serrage respecté. | | D | Effectuer un essai de préchauffage : tourner la clé en position pré‑chauffage, écouter le clic du relais, lancer le chronomètre. | Durée d’enclenchement conforme au tableau (4‑6 s selon température). | | E | Démarrer le moteur. Observer le temps de démarrage et la présence éventuelle de fumée blanche. | Démarrage en < 3 s, fumée blanche minimale (< 2 s). | | F | Mesurer la tension de la batterie pendant le démarrage (pour vérifier la chute de tension). | Chute < 2 V (batterie en bon état). | | G | Remplir la fiche d’intervention (date, kilométrage, pièces remplacées, observations, signature). | Traçabilité complète. | ### 4. Critères de réussite - Toutes les mesures du diagnostic sont dans les tolérances constructeur. - Le temps d’enclenchement du relais correspond à la température ambiante (ex. : 5 s à 5 °C, 3 s à 12 °C). - Le moteur démarre sans à‑coup et sans fumée blanche persistante. - La fiche d’intervention est correctement remplie et signée. > **>** En cas de fumée blanche persistante après démarrage, contrôler l’injection (possibilité de gouttelettes de carburant non vaporisé) avant de conclure à un défaut du préchauffage. --- ## Synthèse du chapitre - **Circuit de préchauffage** : bougies, relais, temporisateur, capteur de température, fusible. - **Fonction** : chauffer l’air d’admission pour faciliter l’allumage du diesel à froid. - **Valeurs clés** : tension d’alimentation 12 V, résistance bougie 0,5‑2 Ω, durée d’impulsion 4‑6 s (selon T° liquide). - **Procédure de contrôle** : mesure de tension relais, résistance bougie, continuité fusible, signal capteur, temps relais. - **Remplacement bougies** : débrancher batterie, déposer avec clé à bougie, serrer au couple constructeur (15‑20 Nm). - **Énergie consommée** : ≈ 0,5 Wh par cycle de préchauffage (négligeable). - **Activité d’intégration** : diagnostic → remplacement éventuel → essai de préchauffage → démarrage à froid → vérification fumée et temps de démarrage. - **Sécurité** : porter EPI, débrancher batterie, éviter étincelles près du carburant, respecter les couples de serrage. --- ## Glossaire - **Bougie de préchauffage** : résistance chauffante placée dans chaque cylindre pour élévation de la température de l’air d’admission. - **Relais de préchauffage** : dispositif électromagnétique qui alimente les bougies sur commande du temporisateur. - **Temporisateur** : module électronique qui génère une impulsion de durée prédéfinie en fonction de la température du liquide de refroidissement. - **Capteur de température du liquide de refroidissement** : transmet une tension variable au temporisateur pour adapter la durée de préchauffage. - **Fusible de protection** : élément sacrifié qui interrompt le circuit en cas de surintensité. - **Couple de serrage** : valeur de torque (en Nm) à appliquer lors du remontage d’une bougie pour garantir l’étanchéité et le bon contact thermique. - **Continuité électrique** : propriété d’un conducteur permettant le passage du courant sans interruption significative. - **Fumée blanche** : émission d’échappement contenant des gouttelettes de carburant non vaporisé, souvent observée lors d’un mauvais préchauffage à froid. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Diagnostic de tension Un véhicule présente un défaut de démarrage à froid. En position pré‑chauffage, la mesure aux bornes de la bobine du relais indique 0 V. **Corrigé** 1. Vérifier le fusible de préchauffage (étape 1 du tableau I‑2). S’il est ouvert, le remplacer (15 A). 2. Si le fusible est bon, contrôler la sortie du temporisateur : mesurer la tension sur sa sortie commande (généralement 5 V logique). Absence de signal → temporisateur défectueux → remplacer. 3. Si le temporisateur délivre 5 V mais le relais reste à 0 V, vérifier la continuité de la bobine du relais (≈ 70 Ω). Bobine ouverte → remplacer le relais. 4. Après remplacement, refaire la mesure : on doit obtenir 12 ± 0,5 V. ### Exercice 2 – Calcul de durée d’impulsion Le temporisateur d’un véhicule est réglé pour fournir une impulsion de 5 s lorsque la température du liquide de refroidissement est de 5 °C. La consigne de température est 20 °C. Quelle serait la durée d’impulsion attendue à 12 °C, en supposant une variation linéaire ? **Corrigé** Variation de température entre consigne et mesure : - À 5 °C → ΔT = 20 − 5 = 15 °C → durée = 5 s. - À 12 °C → ΔT = 20 − 12 = 8 °C. Proportionnalité : \( \displaystyle \frac{t}{5\,s} = \frac{8}{15} \) \( t = 5 \times \frac{8}{15} = \frac{40}{15} \approx 2,67\,s \). Donc, à 12 °C la durée d’impulsion théorique est d’environ **2,7 s**. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier de débrancher la batterie avant de déposer les bougies | Risque d’étincelle près du carburant → incendie ou explosion | Toujours débrancher le négatif de la batterie et attendre 2 min avant toute intervention sur le circuit haute tension. | | 2 | Utiliser une clé à bougie non adaptée (glissement) | endommagement du filet de la bougie → fuite de compression | Employer une clé à bougie de la bonne dimension (souvent 10 mm) et appliquer une force régulière, sans à‑coup. | | 3 | Serrage excessif des bougies (> 25 Nm) | fissure de la céramique, perte de chauffage | Respecter le couple de serrage indiqué par le constructeur (généralement 15‑20 Nm) à l’aide d’une clé dynamométrique. | | 4 | Ne pas vérifier la continuité du fusible après remplacement | Fusible toujours ouvert → circuit non alimenté | Après chaque remplacement de fusible, mesurer sa résistance (< 0,1 Ω) avant de remettre sous tension. | | 5 | Interpréter une tension de relais de 10 V comme normale | Sous‑alimentation des bougies → préchauffage insuffisant | La tension de la bobine du relais doit être égale à la tension batterie (12 V) ; toute valeur inférieure indique une chute de tension dans le câblage ou un mauvais contact. | | 6 | Laisser des outils métalliques près de la batterie pendant les essais | Court‑circuit possible → endommagement du système électrique | Ranger les outils hors du compartiment moteur et utiliser des manches isolés lorsqu’on travaille près des bornes de la batterie. | --- *Fin du cours.*