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28 novembre 2014 5 28 /11 /novembre /2014 11:30

       Sur la lancée de mes premiers essais j’ai fait des mesures sur la charge de la bobine et sur l’énergie d’étincelle. (pour être précis, de  l’énergie accumulée dans la bobine et qui est restituée avec un rendement inférieur à 100%). Je précise qu’il s’agit d’une bobine Beru Bleue réf ZS 105

 

      La présence de l’étincelle à la bougie peut se mesurer sur la basse tension à la borne « Rupteur » de la bobine.

 

 

 

 

      Sur l’enregistrement suivant on voit la tension sur la borne « Rupt » de la bobine et la tension issue du capteur de rainure du volant.

 

 

http://img11.hostingpics.net/pics/802941DSCF3300Ruptcaptcommentsignaux.jpg

 

 

      On distingue plusieurs phases dans le profil de cette  tension, voir le zoom sur la photo suivante:

 

http://img11.hostingpics.net/pics/556822DSCF3353RUptcomment.jpg

 

      Phase 1 : le rupteur est fermé à la masse, la tension sur la borne « rupteur » est donc égale à Zéro.

 

      Phase 2 le rupteur vient de s’ouvrir et l’étincelle est en cours, les phénomènes y sont assez complexes car les deux circuits, primaire et secondaire, sont parcourus par des courants variables, le primaire qui se vide dans le condensateur et le secondaire qui est traversé par le courant de l’étincelle très variable depuis l’amorçage de l’arc jusqu’à son extinction. Ces courants interagissent l’un sur l’autre du fait de l’inductance mutuelle des deux enroulements mis sur un même noyau magnétique.

 

      Phase 3 l’étincelle vient de cesser, la brusque annulation de son courant excite le circuit primaire connecté au condensateur, ce qui génère une oscillation qui s’amortit. La tension moyenne s’établit à la tension de la batterie, car la bobine qui n’est alors traversée par aucun courant ne crée pas de chute de tension.

 

      Notez comme à la transition entre phase 1 et 2 (flèche) la tension Rupt commence par monter progressivement, ceci correspond à l’augmentation de la résistance de contact du rupteur dont la pression d’appui diminue alors que les grains ne sont pas encore écartés.

 

 

 

 

 

Mesure du temps disponible pour charger la bobine (dwell)

 

      L’analyse de la basse tension sur la borne « Rupt » permet de déterminer le temps disponible pour charger la bobine et calculer le pourcentage de « Dwell »

 

http://img11.hostingpics.net/pics/564127DSCF3300Ruptcaptcomment.jpg

      31 msec pour une durée du demi-tour égale à 65 msec soit un pourcentage de dwell égal à 48% : c’est vraiment peu à côté des 60%  préconisés, le réglage de l’écartement des rupteurs est à revoir.

 

 

      Après réglage de l’écartement à 0,4 mm je trouve quelque chose de plus raisonnable.

 

http://img11.hostingpics.net/pics/398678DSCF3374Ruptcomment.jpg       Rupteur fermé pendant 22 msec pour une durée de demi-tour égale à 36 msec (833 t/mn), le pourcentage est de 61% soit un angle de dwell égal à : 90 x 61/100 = 55 degrés, c’est bien mieux.

 

 

      Du coup il faut régler l’avance à nouveau, je vais utiliser mon beau capteur à réluctance variable. 

http://img11.hostingpics.net/pics/908223DSCF3375RuptCaptcomment.jpg

     Le régime est de 600 t/mn, un tour dure 100 msec.  0,5 msec d’excès d’avance, (0,5/100 x 360 = 1,8 degrés), on ne chipotera pas pour ça surtout depuis que je sais que les fluctuations au ralenti sont de plus ou moins 3.6 degrés.

 

 

 

 

Mesure de la durée de la charge de la bobine.

 

      Il s’agit là de mesurer l’évolution du courant dans le circuit  primaire. La vraie solution consiste à utiliser une sonde de courant connectée à l’oscilloscope….manque de chance je n’en ai pas à ma disposition.

      Une autre solution consiste à disposer un shunt (une résistance de faible valeur) en série sur le circuit et à mesurer la chute de tension à ses extrémités, le courant I est alors égal au rapport U/R. En fait pas besoin de shunt, je vais simplement utiliser la résistance du circuit d’alimentation de la bobine, fils, connexions et contact à la clé. 

      Voyons ça de plus près.

 

 

      Sur le relevé suivant on note les valeurs de tension aux bornes de la bobine : la borne « Rupt » comme précédemment et la borne « Batt ».

http://img15.hostingpics.net/pics/222385DSCF3377RuptBattcommente.jpg

 

 

      On devine que la tension « rupteur » ne s’établit pas à zéro lorsque le rupteur est fermé à la masse et que la tension « Batt », chute légèrement après la fermeture du rupteur.

 

      Ces phénomènes sont dus aux résistances de contact du rupteur d’une part et de la ligne d’alimentation de la bobine d’autre part.

 

      Les décalages de tension sont la forme U=R.I, où R désigne la résistance de contact du rupteur ou la résistance de la ligne d’alimentation de la bobine et I désigne le courant qui s’établit progressivement dans la bobine.

 

 

 

      Exagérons la sensibilité de l’axe vertical des tensions.

 

http://img15.hostingpics.net/pics/862424DSCF3378RUptBattcommente.jpg 

      La tension résiduelle au rupteur est d’environ100 mVolt au lieu de zéro

      La tension sur la borne Batt s’établit à environ 250 mVolt au-dessous de la tension de la batterie.

 

      Le courant réel consommé par la bobine en continu dans cette condition d’utilisation est égal à 4,05 Amps (mesure faite à l’ampèremètre), donc :

-          la résistance R de contact du rupteur qui est de la forme  U/I est égale à = 0,100 / 4,05 = 25 mOhm (j’avais mesuré par la même méthode  50 mOhm avant passage au papier abrasif).

-          la résistance de le ligne d'alimentation de la bobine, elle aussi de la forme U/I est égale à 0.250 / 4,05 = 62 mOhm.

 

Nota : la tension de la batterie étant mesurée à 6,20 volt, on en déduit la résistance du primaire de la bobine dans cette condition d’utilisation: R = 6,2 / 4,05 = 1,53 Ohm.

 

      Il est certain qu’un jeu de rupteurs neufs et un bon nettoyage des diverses connexions et du contacteur de la clé de contact amélioreraient les choses puisque ces résistances parasites « consomment » 0.35 Volts soit 5%  de la tension disponible (donc 10% d’énergie d’étincelle en moins)

 

 

 

 

 

 

       Mesure de la durée de la charge de la bobine, calcul de l’inductance du primaire et de l’énergie d’étincelle.

   

 

      En analysant de façon détaillée le profil de la tension « Batt », on va pouvoir chiffrer l’inductance du primaire de la bobine, et l’énergie qu’elle accumule en fonction de la vitesse de rotation du moteur.

 

 

Que nous enseigne la théorie ?

-          le temps nécessaire pour parcourir 95% de l’excursion du courant est égal à trois fois la constante de temps, TAU, du circuit.

-          la constante de temps du circuit est égale à l’inductance divisée par la résistance du circuit, soit TAU = L/R.

-          l’énergie accumulée dans la bobines est égale à ½ L I^2

-          la loi d’établissement du courant dans une bobine est donnée par la formule : I =Imax x (1-  e ^(- t/TAU)

 

      Pour faire une mesure précise, je refais l’essai en dilatant encore plus le profil de la tension "Batt" et j’utilise les curseurs de l’oscilloscope pour mesurer précisément les tensions et les temps.

 

 http://img11.hostingpics.net/pics/931209DSCF3497comment.jpg

      Au cours de la charge de la bobine la tension Batt chute de 6,323 volts à 6,052 volts soit une variation de 271.9 mVolts. Cette chute est proportionnelle à l’établissement du courant dans le primaire la bobine.

 

      Je positionne le curseur vertical sur le point ou la tension a chuté de 95% de cette variation soit 6,323 - 0,272 x 0,95 = 6,065 volts, ce qui permet de connaître la constante de temps TAU du circuit primaire.

 

http://img11.hostingpics.net/pics/205243DSCF3498commente.jpg 

      On trouve 3 x TAU = 20,2 msec, soit TAU = 6,73 msec

Et par voie de conséquence  l’inductance L = TAU x R = 6,73 x (1,53+0,025+0,062) = 10,86 mHenry.

 

     Je peux maintenant calculer l’énergie accumulée dans la bobine, elle est donnée par la formule

E= ½ L x I^2 , soit :1/2 x 10.86 x (4,05^2) = 89 milli Joule (sur "ma" voiture avec ses résistances parasites et "sa" tension disponible à la batterie)

 

 

      Le temps de charge à 95% de la bobine de 20,2 msec  me paraît énorme car avec un pourcentage de Dwell de 61% l’énergie accumulée dans la bobine diminue quand la durée d’un demi tour devient inférieure à 20,2/0,61 = 33,66 msec autrement dit quand le régime devient supérieur à  60 000/ (33,66x2) = 891 t/mn. (En réalité, avec l’augmentation du régime la tension de la batterie, donc le courant de la bobine augmente ce qui compense partiellement cette perte).

 

      Evaluons l’énergie accumulée à 4000 t/mn en faisant l’hypothèse de 7 Volts à la bobine au lieu de 6,23 V

      Le courant asymptotique au primaire sera de 4,05 x 7 / 6,23 = 5,67 A

      La durée de conduction de la bobine avec 60% de dwell sera de 60 000 / (4000x2) x 0,60 = 4,5 msec

      La loi physique de  de la charge d’une solénoïde nous dit que le courant sera égal à Imax x (1-  e ^(- t/TAU) )= 2,76 A

L’énergie sera de ½ x 10,86 x (2,76^2) = 41,3  mJoule

 

      Cette valeur est largement plus que suffisante pour assurer un bon fonctionnement du moteur.

      On peut quand même penser qu’avec une bobine dont la constante de temps est aussi élevée, le respect du pourcentage de dwell (écartement des vis platinées) est particulièrement critique.

 

 

 

 

 

      Rapport de transformation.

 

      Une caractéristique importante d’une bobine d’allumage est son rapport de transformation, il est égal au rapport des nombres de spires du secondaire et du primaire, il conditionne la tension maxi qu’est capable de délivrer la bobine en cas d'amorçage d'étincelle laborieux.

 

 

      Pour le mesurer, j’alimente le secondaire de la bobine avec le secteur (230 Volts efficace soit 330 Volts en crête) et je mesure à l’oscilloscope les tensions primaire et secondaire.

    Pour le relévé de la tension secondaire j’utilise ma sonde HT qui divise par 10 000. (Si vous voulez faire cette manip, je vous déconseille d’en parler à votre veuve, car, d'une part il y a du jus un peu partout, et d'autre part il peut être bon de déconnecter la terre de l’oscilloscope pour ménager la susceptibilité de votre disjoncteur différentiel...).

 

 

http://img15.hostingpics.net/pics/912829DSCF3673RaptransfBeru1commente.jpg        Le rapport de transformation mesuré est exactement égal à 100. (= 331/3.3)

 

 

 

 

 

 

 

      Essais comparatifs de la bobine SEV rouge qui équipait mon auto auparavant.

 

      Comme j’étais très chagriné par ce temps de charge aussi élevé, j’ai fait les mêmes mesures avec la vieille bobine rouge de marque SEV qui équipait la voiture à l’origine et que j’avais mise à l’écart pour cause d’isolement de la HT devenu douteux à chaud.

 

http://img11.hostingpics.net/pics/799052DSCF3499.jpg

 

      En appliquant la même procédure d’essais et de calculs je trouve :

 

 

http://img11.hostingpics.net/pics/911648DSCF3501commente.jpg

 

-          temps de charge à 95% = 3 x TAU : à 11,3 msec, (Beru : 20.2 msec).

-          avec un dwell de 60% le régime au-delà duquel la charge de la bobine n’est plus complète est égal à 1593 t/mn (Beru : 891 t/mn)

-          résistance du primaire en fonctionnement : 1.5 Ohm (Beru : 1.5 Ohm)

-          inductance = 5.98 mHenry (Beru : 10.86 mH)

-          L’énergie maximum emmagasinée,( 6.2 Volt et 4.05 A), est égale = 66.3 mJoule (Beru : 89 mJoule)

-          Evaluation de l’énergie accumulée à 4000 t/mn sous 7 volts : 46.6 mJoule (Beru : 41.3 mJoule)

-          Rapport de transformation : 100

 

 

 

 

      Conclusions de tout ça :

 

Première conclusion, de loin la plus importante :

 

-          Le retraité s’est bien amusé, l’objectif principal a été atteint.

 

Autres conclusions :

 

-          La bobine Béru a un comportement assez différent de la bobine SEV : temps de charge nettement plus long d’où une énergie d’étincelle qui décroit plus avec le régime. Son énergie à bas régime est nettement plus forte que celle de la bobine SEV (bon pour les départs à froid et à chaud) et elle est à peine inférieure à haut régime. Exprimé en langage de tous les jours, la bobine Beru a un réservoir d’électricité plus grand mais plus lent à se remplir, donc à bas régime où on a le temps de le remplir, on a plus de pèche à l’étincelle et à haut régime, le taux de remplissage en % plus faible de ce réservoir est à peu près compensé par son volume plus grand.

 

-          Le courant maximum encaissé par le rupteur et identique à bas régime et plus faible à haut régime pour la bobine Beru.

 

-          On peut penser qu’en toute rigueur, la capacité optimale du condensateur d’allumage devrait être augmentée avec la bobine Beru pour maintenir la même vitesse de décroissance du courant primaire à l’ouverture du rupteur, mais je pense que ça relève du pinaillage.

 

 

Remarque : on peut penser que les constitutions de ces deux bobines sont semblables

et que leurs rendements le sont aussi. (Par rendement s'entend le rapport de l'énergie dissipée dans l'étincelle divisée par l'énergie accumulée dans le primaire de la bobine, je crois savoir que le rendement d’une bobine de ce type est de l’ordre de 50%, si un expert pouvait me confirmer ce chiffre je l’en remercierais).

 

      On peut supposer que la bobine Beru a un nombre de spires plus élevé au primaire pour disposer d’une inductance plus forte, mais fait de fil plus gros pour conserver la même résistance. Le circuit secondaire a aussi plus de spires pour conserver le même rapport de transformation au prix d’une résistance plus élevée.

 

      Je me pose alors la question : pourquoi ne pas avoir adopté lors de la conception de nos tractions une bobine qui aurait eu les caractéristiques de la bobine Beru qui selon moi présente une meilleure performance ? Sa technologie de fabrication n’était-elle pas envisageable avec un coût et une fiabilité raisonnable à cette époque-là ?

 

 

-    Malgré un pourcentage de dwell très déréglé, malgré des résistances parasites au niveau du rupteur et du circuit d’alimentation de la bobine, malgré des jeux mécaniques un peu partout, mon auto fonctionnait sans défauts évidents. Ceci prouve que la conception de ce système d’allumage est très tolérante, mais cette constatation ne doit pas être une incitation au laisser aller. Il ne faut pas non plus y voir une volonté d’enterrer des dispositifs électroniques qui, s’ils sont bien conçus, permettent une plus grande longévité et, grâce à une aptitude à générer une tension d’amorçage d’arc plus élevée (meilleure ruopture sans condensateur) et une énergie d’étincelle supérieure, sont encore plus tolérants vis-à-vis des conditions limites : bougies encrassées ou usées, richesse du mélange mal adaptée : noyage en départ à froid, départ à chaud asphyxié par les vapeurs d’essence ou appauvri par une cuve de carburateur à moitié vide, défaut d’étanchéité des soupapes d’échappement qui provoque la ré aspiration de gaz brûlés pendant l’admission, la liste serait longue.

 

 

 

     J'espère que mes élucubrations ne vous ont pas trop ennuyé, il est vrai qu'elles ne présentent que peu d'intérêt, nos tractions fonctionnent très bien sans se faire tous ces noeuds au cerveau!

 

 

 

Caractéristiques des composants de mon allumage.

 

Bobine Beru Bleue ZS 105

Résistance primaire: 1,5 Ohm 

Résistance secondaire 7.75 kOhms 

Rapport de transformation mesuré 100

 

Condensateur : 0,270 µF

Fils HT non résistifs et dépourvus d’antiparasite.

Allumeur   SEV  écartement maxi des rupteurs 0,4 mm

Correction centrifuge et vitesse et degrés allumeur suivant RTA 250 t/mn =>0°,   2000 t/mn => 140 30’  :

Bougies écartement 0,6 mm

 

 

Bobine SEV rouge

Résistance primaire 1.5 Ohm

Résistance secondaire 5.7 kOhms

Rapport de transformation mesuré 100

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Published by faites-pour-rouler - dans Mes bricolages
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commentaires

Thuillier 31/12/2014 18:14

Bravo Henri. tu m'as précédé dans l'expérience que je voulais réaliser pour ma 4 cv. Mon problème étant de trouver le compromis nombre de Dwell et écartement adequat des vis avec un allumeur dont
les cames de l'axe sont usées. Que privilégier: temps de charge bobine ou écartement des vis car si écartement trop petit alors vis HS très rapidement....Bon dès que j'ai un instant je sors
l'oscillo, histoire d'occuper le retraité !!!

A bientôt et merci pour tes sujets passionnants. Cela rappelle trop le bon temps où nous étions voisins de bureau.

Amitiés

Marc

PS: j'ai trouvé une solution simple mais efficace : j'ai racheté un allumeur. Reste à sortir la lampe stroboscopique!!!

faites-pour-rouler 01/01/2015 09:43



Quel compliment!


Je sens que la 4CV va ronfler!



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