L’injection pour les nuls

Nous donnons la parole à notre Léon international, membre du lobby des fabricants de systèmes d’injection en seconde monte:

Je vais pas vous faire de la belle prose, je ne suis pas un poète non plus. Le but est de vous faire passer des notions fondamentales.

L’injection électronique.

A ma connaissance la première injection électronique montée de série sur des autos grand public est la Bosch Djet. Arrivée fin des années 60, elle équipa notamment les DS et Volvo de la série 140 et P1800, Jaguar XJ12, Mercedes…. Vous voyez c’est très S.C.C.T. compilent.

Le principe d’une injection électronique est le même qu’un carburateur : Doser une quantité d’essence en fonction de la quantité d’air entrant dans le moteur. (Ps: dans ce cas je ne parlerai que d’essence (au sens Sans Plomb du terme, pas d’E10, pas d’E85 …..). Le moyen le plus répandu à l’époque et encore aujourd’hui pour les injections programmables est de mesurer la dépression dans le collecteur d’admission grâce à un capteur M.A.P. (manifold absolute pressure).

Le but est de connaitre la pression, ou plutôt, la dépression (pour un moteur atmosphérique) qui règne dans votre collecteur d’admission. Ce paramètre, couplé à la température de l’air donné par un capteur I.A.T. (intake air temperature), la cylindrée du moteur, le régime et le fait qu’habituellement l’air contient 21% d’oxygène, permet à un calculateur de connaitre la « masse » d’oxygène qui rentre dans le moteur.

En effet tout l’intérêt est là: connaitre avec précision cette masse. Car pour brûler 1Kg d’essence, la chimie exige, 14,7Kg d’oxygène pour une combustion parfaite. C’est ce qu’on appelle le rapport stœchiométrique.

On parle de Lambda=1 pour un rapport de 1Kg d’essence pour 14,7Kg d’oxygène. Aussi appelé A.F.R. en anglais (air fuel ratio). Si vous avez plus d’oxygène, vous êtes par conséquent trop « pauvre », et vous aurez un Lambda>1 et donc un A.F.R.>14.7, si vous avez moins d’oxygène, vous êtes par conséquent trop « riche », et vous aurez un Lambda<1 et donc un A.F.R.<14.7 .

Sachant que votre lambda influence beaucoup de choses sur votre combustion et par conséquent la puissance que vous développez et les résidus de combustion que vous émettez.

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Essayez de ne parler dès le début qu’en Lambda. L’avantage est que lambda = 1 est valable pour tous les carburants, quelque soit leurs compositions. Et permet de facilement, par la suite, calculer comment modifier une cartographie du premier coup, contrairement à l’A.F.R. qui est spécifique au carburant utilisé.

Donc nous avons déjà 2 capteurs : M.A.P. et I.A.T. , il nous faut maintenant le régime moteur. Bien des méthodes existent pour cela, et il n’est pas nécessaire de ré-inventer la roue si vous souhaitez convertir une vieille auto. En effet, les premières injections ne géraient que la partie essence. L’allumage était laissé à un rupteur et des masselottes dans un bon vieux distributeur. On récupère le régime via la bobine, exactement comme le fait un compte tour. D’autres systèmes existent avec des capteurs dédiés à cet effet: 2 principaux existent qui servent habituellement à « lire » une roue dentée.

-VR (variable relectance) : 2 fils uniquement, il fonctionne sur le principe d’un aimant qui change de polarité en fonction de la présence ou non de la dent d’une roue dentée. Par conséquent, c’est un GÉNÉRATEUR. il ne nécessite pas d’alimentation en courant, il le crée. Attention avec ses capteurs, ils nécessitent d’utiliser des câbles blindés et reliés (à une seule extrémité) à la masse pour ne pas être parasité.

Voici le signal obtenu :

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-Hall :  c’est un capteur inductif, qui nécessite d’être alimenté en courant, d’où habituellement 3 fils (+,-, et signal), Il a l’avantage de sortir un signal tout ou rien en 12Volts ou 5Volts.

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Donc un capteur couplé à une roue dentée peut facilement vous donner un régime moteur. C’est ce qui est utilisé dans les allumages transistorisés des années 70, ou dans les kits vendus sur le net pour remplacer votre rupteur. Une grosse astuce en découle, si sur cette roue dentée, vous supprimez une dent, vous pouvez repérer de façon précise un point dans la rotation de cette roue, et vous allez le deviner facilement, le but est de détecter le P.M.H afin de pouvoir calculer la position exacte du moteur à un instant T.

Je m’explique:

Prenez l’exemple d’une roue de 36 dents, à laquelle vous en supprimez une : d’où une roue de 36-1 (nom souvent donné dans ce cas : nombre de dents total – nombre de dents supprimées)

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Imaginez en plus que cette roue tourne au même régime que l’arbre à cames, vous obtenez un système qui peut vous donner avec précision la position du moteur à chaque cycle/temps. En effet le but n’est pas de savoir si vous êtes en compression ou en échappement sur le cylindre concerné puisque la position de votre doigt d’allumeur (qui lui sera fixe, plus de masselotte, plus de diaphragme de correction d’avance mécanique) le fait pour vous.

Le piège est surtout de ne pas mettre le « trou » au p.m.h. mais plutôt quelques dents avant. Pour savoir avec précision dans l’avenir quand aura lieu le P.M.H.

En effet le calculateur se charge de faire le calcul pour vous, il « lit » X dents/seconde, il sait qu’il y a 36 dents par tour et qu’il faut 2 tours pour faire un cycle (le standard pour un moteur 4 temps), en plus il sait que le P.M.H. arrive 9 dents après le « trou » (cas général sur un moteur 4 cylindres (36/4=9). Et vous avez demandé au calculateur de vous créer une étincelle pour l’allumage avec 10° d’avance. Et comme par hasard 360° (un tour complet) divisé par 36 (nombre de dents) = 10°. Chaque dent est espacée de 10° de rotation de vilebrequin. Donc une fois passé le trou, et sachant que le P.M.H. est 9 dents plus tard, quand le calculateur aura « lu » 8 dents, il saura avec précision que vous êtes à 10° BTDC (before top dead center, donc avant le P.M.H.) et il déclenchera l’étincelle. Le calculateur se charge de faire les calculs pour vous déclencher exactement à toutes valeurs demandées, en fonction du régime.

Exemple de roue dentée habituellement utilisée en automobile : Ford 36-1, Bosch 60-2, Renault (Renix) 44-2-2

Un capteur de température moteur est utile afin de gérer le « starter » et l’enrichissement quand le moteur est froid. Un capteur de position de papillon des gaz (throttle position sensor : T.P.S.) est utile pour avoir une autre forme d’information sur la charge soumise au moteur. Il permet surtout d’enrichir très rapidement le mélange lors d’actions brusques sur la pédale et ce avant que la dépression n’ait eu le temps de changer. Dans les années 80, beaucoup de voitures n’avaient qu’un capteur avec 2 positions tout ou rien : Fermé = moteur au ralenti et ouvert à fond = afin d’enrichir au maximum car le risque de cliquetis est le plus important dans ce cas.

Nous voila donc avec tous les capteurs nécessaires : Régime, température de l’air, dépression du collecteur, température moteur, et éventuellement papillon des gaz.

D’autres capteurs sont possibles : M.A.F. (mass air flow ou débit-mètre en français) -qui vous donne de façon exacte la quantité d’air qui passe- , pression carburant, huile ….. et un dernier fort utile pour le réglage : capteur de richesse (communément appelé sonde Lambda) qui permet de lire le taux d’oxygène restant dans les gaz d’échappement (mais je ferai un chapitre a part pour celui là)

Le circuit de carburant.

Contrairement au carburateur, les injecteurs nécessitent une pression plus élevée. De l’ordre de 3 à 4 bars. et le circuit est ouvert. Une pompe donne une pression permanente dans un circuit qui se déverse dans le réservoir, plus de pointeau ni de hauteur de cuve à régler.

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Le fait d’avoir un tuyau de dépression sur le régulateur de pression, relié au collecteur d’admission, sert à maintenir une pression constante par rapport au vide qu’il existe dans le collecteur. C’est un système de régulation supplémentaire qui permet d’augmenter la pression dans la rampe de carburant lorsque la dépression augmente, afin d’injecter plus de carburant en gardant un temps d’ouverture d’injecteur identique.

Voyez un injecteur comme une vanne. Vanne qui débite X cc/minute de carburant à Y bars. Voila les principales caractéristiques d’un injecteur. Vous trouvez sur le net beaucoup de « calculatrices » pour connaitre la puissance maxi que vous pouvez sortir avec un injecteur de tel ou tel débit. Il est d’autant plus simple de régler une injection avec des injecteurs qui sont dans la bonne plage d’utilisation. Et évidemment il vous faut le fameux calculateur d’injection qui combine les infos et fait ouvrir les injecteurs X ms par tour de vilebrequin. Sachant que dans la majorité des cas, on ne cherche pas à synchroniser la pulvérisation de l’essence avec le piston. Tous les injecteurs peuvent « cracher » en même temps. Ce n’est absolument pas un souci.

Vous voilà avec le strict minimum en matériel pour faire tourner un moteur à l’injection.

 

La partie électronique/gestion d’une injection électronique:

Nous avons vu la partie « physique » d’une injection électronique, nous allons aborder ici la partie « logiciel ».

Comme nous en avons déjà parlé, le but pour l’injection est de doser avec précision la quantité d’essence à injecter en fonction de la quantité d’air (Oxygène pour être précis) que nous faisons rentrer dans le moteur.

Pour cela, le plus souvent, vous entendrez parler de cartographie, ou de map (carte en anglais) et donc de mapping pour cartographier.

La première, que vous connaissez tous car vous la voyez dans  les RTA , l’avance a l’allumage, qui peut être en 2 Dimensions : Régime x Avance ou en 3 dimension Régime x Avance x Dépression (charge).

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Vous avez ici typiquement  une cartographie d’allumage en Vue 2D, alors que c’est clairement une 3D avec le paramètre dépression.

 

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Ici une représentation en 3D.

Vous voyez que dans ce dernier cas nous avons 16 colonnes « X », 16 « Y » et 16 « Z », c’est ce que l’on appel la résolution de la map : 16x16x16. Donc cette carto d’allumage dispose de 4096 valeurs renseigné. Oui ça fait beaucoup.

 

Maintenant on va transposer ça au dosage de l’essence.

Les paramètres Fondamentaux a renseigner avant quoique ce soit sont :

– Le nombre de cylindres

– Le nombre d’injecteurs : qui doit être un multiple du nombre de cylindres.

– La cylindrée du moteur : FONDAMENTALE, car la cartographie d’injection est souvent exprimé en VE (Volume Effeciancy). Kesako? C’est en pourcentage la quantité d’air que le moteur rentre à chaque cycle d’admission. Je m’explique. Prenons l’exemple d’un moteur, 4 cylindres, de 1000cm3 de cylindré. Le moteur est une pompe à air. Théoriquement le moteur fait rentré 1L d’air a chaque cycle, mais ça c’est juste la théorie. Pourquoi? Un papillon d’admission fermé obstrue l’entrée d’air et freine celle ci. Donc pour un moteur ATMOSPHERIQUE vous ne trouverez jamais de valeur supérieur a 100 dans une cartographie exprimée en VE. Donc la valeur donné est un pourcentage de la cylindrée donc une valeur de 10 donne comme information que le moteur doit injecter le carburant nécessaire pour 10% des 1000cm3 de cylindrée, donc il injectera l’essence nécessaire pour brulé avec 100cm3 d’air avec environ 20% d’oxygène donc l’essence pour brulez avec 20cm3 d’O2 (à 20° 9.07 mg/L) soit 0.18mg d’O2. Sachant que le rapport stœchiométrique de l’essence est de 14.7:1 il faut 0.18/14.7=0.01234mg d’essence à chaque cycle moteur donc 0.01234/4 par injecteur a chaque tour.

Et la vous voyez l’échelle et donc l’importance des mesures effectuées par l’injection et la précision que doit donner un injecteur.

Vous aurez donc dans la majorité des cas une carto : Régime X Charge (cette charge est exprimé le plus souvent en dépression)

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Voici un exemple simple. Mais pourquoi avoir des valeur supérieur à 100% alors que le moteur atmosphérique a peux de chance de rentrer plus d’air que ce qu’il est capable de pomper.

Tout simplement car vous aurez tendance au niveau de la charge maxi du moteur a avoir un mélange « riche » pour vous prémunir du cliquetis (auto allumage).

Vous aurez d’autre carte, :

– d’enrichissement en fonction de la température du moteur : Température Ldr X Régime = enrichissement. Ca vous donne un coefficient multiplicateur de la carto VE pour enrichir à froid.

– Retardement de l’avance a l’allumage : Température de l’air X Régime = Coeff d’avance a l’allumage, pour retarder votre avance si la température de l’air d’admission augmente.

– Richesse : Très interessante cette carto : Régime X Charge = Rapport Lambda recherché. C’est une cartographie qui donne un Objectif à l’injection. Depuis les années 70 (inventé par Volvo et jamais brevetée pour que le monde entier puisse profitez de cette découverte)  existe des sondes dites Lambda. Elles servent à mesurer la quantité d’oxygène restant présent dans les gaz d’échappement.

Il en existe 2 sortes : Narrow Band qui vous permet juste de savoir si vous êtes riche ou pauvre (tension 0 ou 1Volt)

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Ou dites « Large Band » : qui vous donne avec précision une tension en fonction de la mesure 1-5V pour un rapport de 9 à 22:1

Donc l’injection injecte la quantité donnée par la carto de base, vérifie à l’échappement ce que ça donne et adapte le mélange.

Il existe ensuite un paramètre qui permet de passer de close loop (boucle fermé) à open loop (boucle ouverte). La boucle fermé correspond au valeur de la carto alors que la boucle ouverte permet l’intervention de cette objectif de richesse.

 

Je vous ai dis que la carto en VE représente une immense majorité des cas. Car elle est fiable et simple a maitre en oeuvre.

Dans le cas de moteur équipé de boitier papillon indépendant ou de guillotine, il est impossible de connaitre la dépression généré par le moteur de façon fiable. Chaque cylindre étant indépendant des autres. Dans ce cas on utilise la position de l’ouverture des papillons ou de la guillotine avec un potentiomètre. Donc on a une cartographie du type Régime X Pourcentage d’ouverture = VE. C’est plus délicat a réglé surtout a bas régime donc il faut des « pas » de carto plus faible à bas régime.

Voila les bases de l’électronique/carto, j’attends vos remarques car j’ai peur d’être un peu rapide vu que je connais le sujet.