En essayant de suivre les lois sur les émissions et l'efficacité énergétique, le système d'alimentation en carburant utilisé dans les voitures modernes a beaucoup changé au fil des ans. La Subaru Justy de 1990 a été la dernière voiture vendue aux États-Unis à avoir un carburateur; l'année modèle suivante, le Justy avait l'injection de carburant. Mais l'injection de carburant existe depuis les années 1950, et l'injection électronique de carburant a été largement utilisée sur les voitures européennes à partir de 1980 environ. Aujourd'hui, toutes les voitures vendues aux États-Unis sont équipées de systèmes d'injection de carburant.
Dans cet article, nous apprendrons comment le carburant pénètre dans le cylindre du moteur et ce que signifient des termes tels que "injection de carburant multi-ports" et "injection de carburant du corps de papillon".
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Pendant la majeure partie de l'existence du moteur à combustion interne, le carburateur a été le dispositif qui a fourni le carburant au moteur. Sur de nombreuses autres machines, telles que les tondeuses à gazon et les tronçonneuses, c'est toujours le cas. Mais à mesure que l'automobile évoluait, le carburateur devenait de plus en plus compliqué en essayant de gérer toutes les exigences de fonctionnement. Par exemple, pour gérer certaines de ces tâches, les carburateurs avaient cinq circuits différents :
Afin de répondre aux exigences d'émissions plus strictes, des convertisseurs catalytiques ont été introduits. Un contrôle très minutieux du rapport air-carburant était nécessaire pour que le convertisseur catalytique soit efficace. Des capteurs d'oxygène surveillent la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement et l'unité de commande du moteur (ECU) utilise ces informations pour ajuster le rapport air-carburant en temps réel. C'est ce qu'on appelle le contrôle en boucle fermée -- il n'était pas possible de réaliser ce contrôle avec des carburateurs. Il y a eu une brève période de carburateurs à commande électrique avant que les systèmes d'injection de carburant ne prennent le relais, mais ces carburateurs électriques étaient encore plus compliqués que les carburateurs purement mécaniques.
Au début, les carburateurs ont été remplacés par des systèmes d'injection de carburant à corps papillon (également appelé point unique ou injection centrale de carburant systèmes) qui incorporaient des soupapes d'injection de carburant à commande électrique dans le corps de papillon. Il s'agissait presque d'un remplacement boulonné du carburateur, de sorte que les constructeurs automobiles n'ont pas eu à apporter de modifications drastiques à la conception de leurs moteurs.
Au fur et à mesure que de nouveaux moteurs étaient conçus, l'injection de carburant du corps de papillon a été remplacée par une injection de carburant multipoint (également appelé port , multipoint ou séquentiel injection de carburant). Ces systèmes ont un injecteur de carburant pour chaque cylindre, généralement situé de manière à pulvériser directement au niveau de la soupape d'admission. Ces systèmes fournissent un dosage de carburant plus précis et une réponse plus rapide.
La pédale d'accélérateur de votre voiture est connectée au papillon des gaz -- c'est la soupape qui régule la quantité d'air qui entre dans le moteur. Donc la pédale d'accélérateur est vraiment la pédale d'air.
Lorsque vous appuyez sur la pédale d'accélérateur, le papillon des gaz s'ouvre davantage, laissant entrer plus d'air. L'unité de commande du moteur (ECU, l'ordinateur qui contrôle tous les composants électroniques de votre moteur) "voit" le papillon des gaz ouvert et augmente le débit de carburant en prévision de plus d'air entrant dans le moteur. Il est important d'augmenter le débit de carburant dès que le papillon des gaz s'ouvre; sinon, lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée pour la première fois, il peut y avoir une hésitation car de l'air atteint les cylindres sans suffisamment de carburant.
Des capteurs surveillent la masse d'air entrant dans le moteur, ainsi que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement. L'ECU utilise ces informations pour affiner la distribution de carburant afin que le rapport air-carburant soit parfait.
Un injecteur de carburant n'est rien d'autre qu'une soupape à commande électronique. Il est alimenté en carburant sous pression par la pompe à carburant de votre voiture, et il est capable de s'ouvrir et de se fermer plusieurs fois par seconde.
À l'intérieur d'un injecteur de carburant
Lorsque l'injecteur est alimenté, un électroaimant déplace un piston qui ouvre la soupape, permettant au carburant sous pression de jaillir à travers une minuscule buse. La buse est conçue pour atomiser le carburant - pour créer un brouillard aussi fin que possible afin qu'il puisse brûler facilement.
Allumage d'un injecteur de carburant
La quantité de carburant fournie au moteur est déterminée par la durée pendant laquelle l'injecteur de carburant reste ouvert. C'est ce qu'on appelle la largeur d'impulsion , et il est contrôlé par l'ECU.
Injecteurs de carburant montés dans le collecteur d'admission du moteur
Les injecteurs sont montés dans le collecteur d'admission de manière à pulvériser le carburant directement sur les soupapes d'admission. Un tuyau appelé rail de carburant fournit du carburant sous pression à tous les injecteurs.
Sur cette image, vous pouvez voir trois des injecteurs. La rampe de carburant est le tuyau sur la gauche.
Afin de fournir la bonne quantité de carburant, l'unité de commande du moteur est équipée de nombreux capteurs. Jetons un coup d'œil à certains d'entre eux.
Afin de fournir la bonne quantité de carburant pour chaque condition de fonctionnement, l'unité de commande du moteur (ECU) doit surveiller un grand nombre de capteurs d'entrée. En voici quelques-unes :
Il existe deux principaux types de contrôle pour multiport systèmes :les injecteurs de carburant peuvent tous s'ouvrir en même temps, ou chacun peut s'ouvrir juste avant que la soupape d'admission de son cylindre ne s'ouvre (c'est ce qu'on appelle l'injection séquentielle de carburant multipoint ).
L'avantage de l'injection séquentielle de carburant est que si le conducteur effectue un changement soudain, le système peut réagir plus rapidement car à partir du moment où le changement est effectué, il n'a plus qu'à attendre que la prochaine soupape d'admission s'ouvre, au lieu de la prochaine complète révolution du moteur.
Les algorithmes qui contrôlent le moteur sont assez compliqués. Le logiciel doit permettre à la voiture de satisfaire aux exigences d'émissions sur 100 000 miles, de répondre aux exigences d'économie de carburant de l'EPA et de protéger les moteurs contre les abus. Et il y a des dizaines d'autres exigences à respecter également.
L'unité de commande du moteur utilise une formule et un grand nombre de tables de consultation pour déterminer la largeur d'impulsion pour des conditions de fonctionnement données. L'équation sera une série de nombreux facteurs multipliés les uns par les autres. Bon nombre de ces facteurs proviendront des tables de recherche. Nous allons passer par un calcul simplifié de la largeur d'impulsion de l'injecteur de carburant . Dans cet exemple, notre équation n'aura que trois facteurs, alors qu'un système de contrôle réel pourrait en avoir une centaine ou plus.
Afin de calculer la largeur d'impulsion, l'ECU recherche d'abord la largeur d'impulsion de base dans une table de recherche. La largeur d'impulsion de base est fonction du régime moteur (RPM) et charger (qui peut être calculée à partir de la pression absolue du collecteur). Disons que le régime moteur est de 2 000 tr/min et que la charge est de 4. Nous trouvons le nombre à l'intersection de 2 000 et 4, soit 8 millisecondes.
Dans les exemples suivants, A et B sont des paramètres qui proviennent de capteurs. Disons que A est la température du liquide de refroidissement et B est le niveau d'oxygène. Si la température du liquide de refroidissement est égale à 100 et le niveau d'oxygène est égal à 3, les tables de recherche nous indiquent que le facteur A =0,8 et le facteur B =1,0.
Donc, puisque nous savons que la largeur d'impulsion de base est une fonction de la charge et du RPM, et que largeur d'impulsion =(largeur d'impulsion de base) x (facteur A) x (facteur B) , la largeur d'impulsion globale dans notre exemple est égale à :
À partir de cet exemple, vous pouvez voir comment le système de contrôle effectue des ajustements. Avec le paramètre B comme niveau d'oxygène dans les gaz d'échappement, la table de correspondance pour B est le point auquel il y a (selon les concepteurs de moteurs) trop d'oxygène dans les gaz d'échappement; et en conséquence, l'ECU réduit le carburant.
Les systèmes de contrôle réels peuvent avoir plus de 100 paramètres, chacun avec sa propre table de recherche. Certains des paramètres changent même avec le temps afin de compenser les changements de performances des composants du moteur comme le convertisseur catalytique. Et selon la vitesse du moteur, l'ECU peut avoir à faire ces calculs plus d'une centaine de fois par seconde.
Puces de performance
Cela nous amène à notre discussion sur les puces de performance. Maintenant que nous comprenons un peu le fonctionnement des algorithmes de contrôle de l'ECU, nous pouvons comprendre ce que font les fabricants de puces de performance pour obtenir plus de puissance du moteur.
Les puces de performance sont fabriquées par des entreprises du marché secondaire et sont utilisées pour augmenter la puissance du moteur. Il y a une puce dans l'ECU qui contient toutes les tables de recherche ; la puce de performance remplace cette puce. Les tableaux de la puce de performance contiendront des valeurs qui entraînent des taux de carburant plus élevés dans certaines conditions de conduite. Par exemple, ils peuvent fournir plus de carburant à plein régime à chaque régime moteur. Ils peuvent également modifier le moment de l'étincelle (il existe également des tables de recherche pour cela). Étant donné que les fabricants de puces de performance ne sont pas aussi préoccupés par des problèmes tels que la fiabilité, le kilométrage et le contrôle des émissions que les constructeurs automobiles, ils utilisent des paramètres plus agressifs dans les cartes de carburant de leurs puces de performance.
Pour plus d'informations sur les systèmes d'injection de carburant et d'autres sujets liés à l'automobile, consultez les liens sur la page suivante.
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