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Oct 20, 2023

Couvrir toutes les bases des systèmes de charge modernes

Pour citer une situation familière : "La voiture de mon client est maintenant sur son troisième alternateur

Pour citer une situation familière : "La voiture de mon client est maintenant sur son troisième alternateur en six mois et mon magasin de revendeurs refuse d'en garantir un quatrième." En d'autres termes, le fournisseur de pièces estime qu'un problème sous-jacent est à l'origine de la défaillance de ces alternateurs et, par conséquent, ne garantira plus d'alternateurs. Bien que nous rencontrions occasionnellement une séquence d'échecs causés par des problèmes de contrôle de la qualité, la principale raison de la plupart des échecs répétés est que le technicien a peut-être manqué certaines étapes critiques lors de son diagnostic initial. Pour éviter des erreurs coûteuses, il est toujours préférable de "couvrir toutes les bases" lors de tout diagnostic du système de charge.

Les systèmes électriques des véhicules modernes nécessitent jusqu'à 20 ampères d'ampérage électrique pour alimenter les systèmes de gestion du moteur, d'alimentation en carburant et d'accessoires. Lorsque le CVC, le refroidissement du moteur et l'éclairage extérieur sont ajoutés à cette charge électrique de base, la charge totale peut dépasser largement la barre des 50 ampères. Si la batterie a une mauvaise cellule ou est mal déchargée en raison d'une consommation parasite excessive ou de l'utilisation d'accessoires, l'alternateur se chargera près de sa capacité nominale, en particulier dans des conditions de conduite difficiles.

Alors que les alternateurs modernes peuvent être évalués à 100 ampères ou plus, la plupart des conceptions compactes ne sont pas conçues pour fonctionner à pleine capacité pendant de longues périodes sans surchauffe. En raison de taux de charge excessivement élevés, l'alternateur de remplacement peut tomber en panne rapidement.

Un alternateur conventionnel contient quatre composants électriques de base : 1) rotor, 2) balais de charbon, 3) stator et 4) pont redresseur. Au niveau le plus élémentaire, un courant alternatif (CA) est produit lorsque les fils de cuivre enroulés dans le stator de l'alternateur "coupent" le champ électromagnétique rotatif créé par le rotor de l'alternateur. Le circuit "champ" du rotor est alimenté par un balai de charbon positif (B +) de batterie monté sur une bague collectrice en cuivre montée sur l'arbre du rotor. Un deuxième balai de charbon relie le circuit inducteur au boîtier de l'alternateur et finalement au négatif de la batterie (B-).

L'ampérage de sortie de l'alternateur est contrôlé en augmentant ou en diminuant l'ampérage du champ traversant les balais de charbon, ce qui, à son tour, peut augmenter ou diminuer la force du champ magnétique rotatif.

Un régulateur de tension monté à l'intérieur ou à l'extérieur contrôle l'ampérage du champ. Pour détecter avec précision la tension de charge, le régulateur de tension doit être connecté à B+ et sa base mise à la terre à B- via le boîtier de l'alternateur.

Selon l'application, le régulateur de tension peut également être intégré de manière externe dans le module de commande du groupe motopropulseur (PCM). Dans les applications plus modernes, le PCM contrôle un régulateur de tension interne via un système de communication par bus ou un fil de tension de référence pour modifier le mode de charge en fonction des conditions de conduite.

Comme illustré ci-dessus, le champ magnétique tournant créé par le régulateur de tension est "coupé" par trois boucles séparées de fil de cuivre enroulé à travers un ensemble stator entourant le rotor de champ. Le stator produit du courant alternatif et le courant alternatif circulant dans chaque boucle du stator est redressé en courant continu (CC) par une diode positive et une diode négative.

Les six diodes combinées sont généralement montées sur un dissipateur thermique appelé "pont" de diodes qui refroidit les diodes. Ces diodes positives et négatives non seulement redressent le courant alternatif en courant continu, mais elles empêchent également le stator de vider la batterie lorsque le moteur est éteint.

Pour éviter d'endommager la batterie, l'éclairage et l'électronique embarquée, l'alternateur doit limiter la tension de sortie vers la batterie. La batterie joue un rôle essentiel dans le processus de régulation de la tension car elle agit comme un condensateur qui atténue les pointes de tension qui se produisent dans le système électrique. La batterie permet également au régulateur de tension de l'alternateur de détecter plus précisément la tension de la batterie en agissant comme une résistance.

Gardez à l'esprit que l'activité chimique de l'électrolyte de la batterie est directement liée à la température centrale de la batterie. Le régulateur de tension est donc conçu pour limiter la tension de charge à environ 15,2 volts par temps très froid et à environ 13,8 volts par temps très chaud.

Avec ces bases à l'esprit, il est évident qu'une batterie faible réduira la durée de vie de l'alternateur. Pour illustrer, le taux de charge normal d'une bonne batterie comprend un mode de charge à haute intensité et basse tension (par exemple 40 ampères à 13,2 volts) appelé mode de charge "en vrac". Une fois que la tension aux bornes de la batterie approche de 14,0 volts, l'ampérage de charge diminue tandis que la tension augmente (ex. 5 ampères, 14,2 volts), ce qui est appelé un mode "saturation".

Les systèmes de charge modernes contrôlés par ordinateur peuvent également produire un mode de charge "flottant" d'environ 2 ampères à 13,4 volts, ce qui indique que la batterie est complètement chargée et que la sortie de l'alternateur alimente principalement les systèmes d'exploitation du véhicule. Bien que ces ampérages et tensions soient typiques de ce que nous voyons sur le terrain, les deux valeurs dépendent largement de l'âge et de l'état de la batterie.

Si la batterie est fortement sulfatée à cause d'une inutilisation, elle se remettra rapidement d'un état complètement déchargé à un état complètement chargé. Si la batterie a une cellule défectueuse ou est généralement usée, elle surchargera l'alternateur car la pleine tension de charge ne sera jamais atteinte aux bornes de la batterie.

Par conséquent, la première étape du diagnostic de tout problème de taux de charge de l'alternateur consiste à tester l'état de charge (SOC) et l'état de santé (SOH) de la batterie. Si la batterie échoue au test SOC, elle doit être rechargée à un rythme qui ne surchauffe pas la batterie. Gardez à l'esprit que les batteries modernes à tapis de verre absorbé (AGM) nécessitent des tensions de charge et des taux d'ampérage plus faibles pour éviter la surchauffe de la batterie. Dans tous les cas, suivez toujours les recommandations de recharge du fabricant ou utilisez un chargeur de batterie "intelligent" qui programme le taux de charge en fonction du type de batterie.

Enfin, les batteries commencent à se dégrader progressivement après l'installation. Dans de nombreux cas, les batteries sont sous-estimées jusqu'à 25 % pour tenir compte de la dégradation normale à des fins de garantie. Pour compenser la dégradation de la batterie, certains modèles de véhicules récents ont intégré une stratégie adaptative dans leur système de charge qui ajuste le taux de charge de l'alternateur au SOH de la batterie. Lorsque la batterie est remplacée par une nouvelle, le système de charge nécessite un outil d'analyse pour "réapprendre" le SOH de la nouvelle batterie.

De nombreux systèmes de charge modernes intègrent des poulies "découpleuses" qui fonctionnent comme des embrayages unidirectionnels, permettant à l'alternateur de continuer à tourner lorsque le moteur décélère. Cet effet découpleur réduit les contraintes et les vibrations au niveau de la courroie serpentine et des poulies motrices. Dans certains cas, le découpleur peut se gripper, ce qui peut produire une vibration de la courroie. Dans d'autres cas, le mécanisme de découplage peut échouer complètement, provoquant une condition de non-charge.

Alors que le caoutchouc EPDM utilisé dans les courroies serpentines modernes ne se fissure pas et ne s'effiloche normalement pas en vieillissant, il peut s'user au point que les nervures des poulies d'entraînement en acier toucheront les nervures de la courroie. Dans de nombreux cas, ce type d'usure peut provoquer un glissement sous des charges de charge élevées qui ne s'accompagne pas d'un grincement normal de la courroie. La plupart des fabricants de ceintures fournissent de simples jauges d'usure des côtes et certains fournissent même des applications pour smartphone qui peuvent évaluer instantanément l'usure de la ceinture en utilisant la fonction appareil photo du téléphone.

Étant donné que les systèmes de charge de nombreux véhicules modernes sont contrôlés par ordinateur, je recommande de connecter un outil d'analyse pour le diagnostic initial de toute défaillance du système de charge. Si le système de charge est contrôlé par le PCM, un code de panne connexe sera probablement stocké. Si vous n'êtes pas familier avec le système de charge géré par PCM sur le véhicule, consultez vos informations de service pour des informations plus détaillées.

Confirmez toujours les données de paramètre de tension du système de charge indiquées en chargeant le système en activant les accessoires et l'éclairage extérieur, puis en testant la tension à la batterie. Si la tension varie, le câblage du système de charge ou le PCM lui-même peut être défectueux.

Pendant que votre voltmètre est en main, testez une chute de tension du système de masse en le fixant entre la batterie B- et le boîtier de l'alternateur ou une masse moteur. Et, pendant que vous y êtes, effectuez le même test entre la masse B et la masse de la carrosserie/châssis. De même, vérifiez la chute de tension de la batterie B+ à l'alternateur B+. Une chute de tension inférieure à 0,5 volt doit être affichée pour l'un ou l'autre des tests.

Si le test B+ précité indique un circuit ouvert, vérifier la continuité du fusible Maxi du système de charge situé dans la boîte à fusibles sous le capot. Ce fusible aura une capacité d'au moins 100 ampères. Les premiers alternateurs sont connectés à la batterie avec un lien fusible comme protection du circuit. Un test simple consiste à tirer sur l'isolant en silicone du maillon fusible. Si l'isolant s'étire, le fil interne à basse température de fusion est brûlé en deux.

Si l'alternateur ne charge pas, commencez par tester le fusible du régulateur de tension de l'alternateur. Dans certaines applications, ce fusible alimente le régulateur de tension, tandis que dans d'autres, il alimente directement le circuit de champ de l'alternateur. Pour détecter les pannes liées à la température, laissez toujours l'alternateur se réchauffer à la température de fonctionnement en faisant tourner le moteur avec une pleine charge d'éclairage et d'accessoires. Si le fusible du régulateur de tension teste un circuit ouvert, le régulateur de tension, le câblage ou, dans certains cas, le circuit de champ dans le rotor de l'alternateur peuvent être court-circuités à la terre. Une défaillance répétée du régulateur de tension est généralement causée par un court-circuit à la masse dans le rotor de l'alternateur lui-même.

La plupart des tests d'alternateur sont effectués à chaud à un régime moteur de 2 500 tr/min. Si l'alternateur ne supporte pas la charge nominale dans ces conditions, suspectez une courroie d'entraînement qui patine ou une mauvaise diode d'alternateur. Si l'alternateur produit une condition de charge intermittente, suspectez de mauvaises connexions de câblage ou, plus communément, des balais de charbon usés ou coincés.

Avec les systèmes contrôlés par ordinateur, assurez-vous que l'alternateur est absolument correct pour l'application. Même si le connecteur du faisceau se branche sur le régulateur de tension de l'alternateur, le logiciel du PCM pourrait ne pas reconnaître ou ne pas être en mesure de communiquer avec le régulateur de tension.

Et n'oubliez pas que chaque fois qu'un entretien de routine est effectué sur un véhicule, le SOC et le SOH de la batterie doivent être testés pour s'assurer que la batterie est en bon état. Une batterie en mauvais état doit être remplacée non seulement pour rétablir la fiabilité du véhicule, mais aussi pour réduire les contraintes sur le système de charge.