Afin de respecter les lois sur les émissions et le rendement énergétique, le système d’alimentation utilisé dans les voitures modernes a beaucoup changé au fil des ans. 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 à moteur de combustion interne vendues sont équipées d’un système d’injection de carburant.
Dans cet article, nous allons apprendre comment le carburant arrive dans les cylindres du moteur et ce que signifient des termes comme « injection multiport » et « injection à corps de papillon ».
La chute du carburateur
Pendant la majeure partie de l’existence du moteur à combustion interne, le carburateur a été le dispositif qui alimentait le moteur en carburant. Il l’est encore sûr de nombreuses autres machines, comme les tondeuses à gazon et les tronçonneuses. Mais au fur et à mesure de l’évolution de l’automobile, le carburateur est devenu de plus en plus compliqué pour répondre à toutes les exigences de fonctionnement. Par exemple, pour accomplir certaines de ces tâches, les carburateurs avaient cinq circuits différents :
- Circuit principal – Fournit juste assez de carburant pour une vitesse de croisière économique.
- Circuit de ralenti – Fournit juste assez de carburant pour faire tourner le moteur au ralenti.
- Pompe d’accélération – fournit un supplément de carburant lors de la première pression sur la pédale d’accélérateur, réduisant ainsi l’hésitation avant la montée en régime du moteur.
- Circuit d’enrichissement de la puissance – Fournit un supplément de carburant lorsque la voiture monte une côte ou tire une remorque.
- Starter – Fournit un supplément de carburant lorsque le moteur est froid pour qu’il démarre.
Afin de répondre à des exigences plus strictes en matière d’émissions, des convertisseurs catalytiques ont été introduits. Un contrôle très précis du rapport air/carburant était nécessaire pour que le convertisseur catalytique soit efficace. Les 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 les 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 à corps de papillon (également connus sous le nom de systèmes d’injection à point unique ou centrale) qui incorporaient des soupapes d’injection à commande électrique dans le corps de papillon. Ces systèmes remplaçaient le carburateur en le boulonnant, de sorte que les constructeurs automobiles n’ont pas eu à modifier radicalement la conception de leurs moteurs.
Progressivement, au fur et à mesure que de nouveaux moteurs étaient conçus, l’injection à corps de papillon a été remplacée par l’injection multiport (aussi connue sous le nom d’injection portuaire, multipoint ou séquentielle). Ces systèmes disposent d’un injecteur de carburant pour chaque cylindre, généralement situé de manière à ce qu’il pulvérise directement au niveau de la soupape d’admission. Ces systèmes permettent un dosage plus précis du carburant et une réponse plus rapide.
Lorsque vous appuyez sur l’accélérateur
L’unité de contrôle du moteur voit le papillon des gaz ouvert et augmente le débit de carburant en prévision de l’entrée d’une plus grande quantité d’air dans le moteur.
La pédale d’accélérateur de votre voiture est reliée au papillon des gaz – c’est la soupape qui régule la quantité d’air qui entre dans le moteur. La pédale d’accélérateur est donc en fait 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 contrôle 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 l’entrée d’une plus grande quantité d’air dans le moteur. Il est important d’augmenter le débit de carburant dès que le papillon des gaz s’ouvre, sinon, lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélérateur pour la première fois, il peut y avoir une hésitation, car une partie de l’air atteint les cylindres sans qu’il y ait suffisamment de carburant.
Des capteurs surveillent la masse d’air entrant dans le moteur, ainsi que la quantité d’oxygène dans l’échappement. Le calculateur utilise ces informations pour régler avec précision l’alimentation en carburant afin que le rapport air/carburant soit parfait.
L’injecteur
Un injecteur d’essence n’est rien d’autre qu’une soupape contrôlée électroniquement. Il est alimenté en essence 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.
Lorsque l’injecteur est alimenté, un électro-aimant déplace un plongeur qui ouvre la valve, permettant au carburant sous pression de jaillir par une minuscule buse. L’injecteur est conçu pour atomiser le carburant, c’est-à-dire pour produire un brouillard aussi fin que possible afin qu’il puisse brûler facilement. Raison pour laquelle il est importante de le nettoyer et l’entretenir, pour qu’il puisse injecter le carburant correctement.
La quantité de carburant fournie au moteur est déterminée par la durée d’ouverture de l’injecteur. C’est ce qu’on appelle la largeur d’impulsion, et elle est contrôlée par le calculateur. Les injecteurs sont montés dans le collecteur d’admission de manière à pulvériser le carburant directement sur les soupapes d’admission. Un tuyau appelé rampe d’alimentation fournit du carburant sous pression à tous les injecteurs. Afin de fournir la bonne quantité de carburant, l’unité de commande du moteur est équipée d’un grand nombre de capteurs.
Capteurs du moteur
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-uns :
- Débitmètre d’air massique – Indique à l’ECU la masse d’air entrant dans le moteur.
- Capteur(s) d’oxygène – Il(s) surveille(nt) la quantité d’oxygène dans les gaz d’échappement afin que le calculateur puisse déterminer si le mélange de carburant est riche ou pauvre et effectuer les réglages nécessaires.
- Capteur de position du papillon des gaz – Il surveille la position du papillon des gaz (qui détermine la quantité d’air entrant dans le moteur) afin que le calculateur puisse réagir rapidement aux changements, en augmentant ou en diminuant le débit de carburant si nécessaire.
- Capteur de température du liquide de refroidissement – Permet au calculateur de déterminer quand le moteur a atteint sa température de fonctionnement correcte.
- Capteur de tension – Surveille la tension du système dans la voiture afin que le calculateur puisse augmenter le régime de ralenti si la tension chute (ce qui indiquerait une charge électrique élevée).
- Capteur de pression absolue du collecteur – Il surveille la pression de l’air dans le collecteur d’admission.
- La quantité d’air aspirée par le moteur est une bonne indication de la puissance qu’il produit. Plus il y a d’air dans le moteur, plus la pression du collecteur est basse, et cette mesure est donc utilisée pour évaluer la puissance produite.
- Capteur de vitesse du moteur – Il surveille la vitesse du moteur, qui est l’un des facteurs utilisés pour calculer la largeur d’impulsion.
Il existe deux principaux types de commande pour les systèmes multiport : 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 multiport).
L’avantage de l’injection séquentielle 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 l’ouverture de la prochaine soupape d’admission, au lieu de la prochaine révolution complète du moteur.
Contrôles du moteur
Les algorithmes qui contrôlent le moteur sont assez compliqués. Le logiciel doit permettre à la voiture de satisfaire aux exigences en matière d’émissions, de répondre aux exigences en matière d’économie de carburant et de protéger les moteurs contre les abus. Et il y a des dizaines d’autres exigences à respecter également.
L’unité de contrôle 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. Les systèmes de contrôle réels peuvent avoir plus de 100 paramètres, chacun avec sa propre table de conversion. Certains de ces paramètres changent même au fil du temps afin de compenser les changements de performance des composants du moteur, comme le convertisseur catalytique. Et selon le régime du moteur, le calculateur peut être amené à effectuer ces calculs plus de cent fois par seconde.
Puces de performance
Ceci nous amène à parler des puces de performance. Maintenant que nous connaissons 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 existe une puce dans le calculateur qui contient toutes les tables de consultation ; la puce de performance remplace cette puce. Les tables de la puce de performance contiennent des valeurs qui entraînent des taux de carburant plus élevés dans certaines conditions de conduite. Par exemple, elles peuvent fournir plus de carburant à plein régime à chaque vitesse du moteur. Elles peuvent également modifier le calage de l’allumage (il existe des tables de consultation pour cela aussi). Étant donné que les fabricants de puces de performance ne sont pas aussi préoccupés par des questions telles que la fiabilité, le kilométrage et les contrôles des émissions que les constructeurs automobiles, ils utilisent des paramètres plus agressifs dans les cartes de carburant de leurs puces de performance.
