Table des matières. Gestion moteur 2 L injection directe

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1 L injection directe

2 Table des matières 1 Introduction Nomenclature Fonctionnement Avantages Très large plage de fonctionnement Diminution des pertes par renouvellement de la charge Moins de rejets d hydrocarbure (HC) Perte par Lambda Meilleur rendement général. (Down Sizing) Faible émission de CO Economie de carburant en décélération Différents modes de fonctionnement Inconvénients Formation d oxyde d azote (NOx) Système EGR Création de microparticule Point d allumage Turbulence Swirl ou Drall Trumble Post traitement des gaz d échappement Clapet supplémentaire et pompe à dépression Besoin de comprimer du carburant à haute pression Injecteur Différents modes Mode stratifié (pauvre) Mode stratifié et réchauffage Mode homogène stratifié Mode homogène / pauvre Mode homogène Mode homogène anti-cliquetis Mode homogène riche... 8 Gestion moteur 2 L injection directe

3 1 Introduction L injection directe d essence dans l automobile est connue depuis Mais c est dans les années 2000 que ce système a été rendu suffisamment fiable pour équiper les véhicules automobiles en grandes séries. Le système par excellence! C est ce qu on aimerait nous faire croire. Il est vrai que l injection directe d essence est extrêmement bien conçue car la gestion par le calculateur de type «Motronic» apporte une grande latitude de corrections telles qu une avance à l allumage allant jusqu à plus de 50 C. Nous pouvons également faire des injections multiples Tout ou presque est envisageable. C était sans compter sur des problèmes liés au principe même de cette injection. Certes, la consommation et certains polluants ont été diminués mais, en revanche, nous avons vu apparaître des gaz polluants jusqu alors quasiment nuls tels que les microparticules ou encore l augmentation, dans certaines conditions, des mono et dioxyde de carbone (NOx). 2 Nomenclature 1. Débitmètre massique, température d air 2. Capteur pression tubulure admission (Calcule la quantité gaz recyclée) 3. Actionneur et capteur volet d admission 4. Vanne et capteur de position vanne EGR 5. Système dépression : contacteur, pompe, etc. 6. Papillon motorisé 7. Canister 8. ECU Motronic 3 Fonctionnement Du carburant sous une pression de 50 à 120 bars est injecté via l injecteur directement dans la chambre de combustion qui fait partie intégrante du piston. Le moment, le temps et le nombre d injections, ainsi que le moment d allumage sont gérés par le calculateur moteur de type «Motronic». Il prend en compte tous les paramètres environnementaux qu il a à sa disposition. Chaque décision d injection ou d allumage est prise grâce à une importante quantité de cartographies de référence. Nous avons une injection multipoints à commande électronique séquentielle. Gestion moteur 3 L injection directe

4 4 Avantages Comme souvent en gestion moteur, l arrivée de nouveaux principes révolutionnaires amène son lot d avantages et d inconvénients. Les premiers sont largement mis en avant et les seconds tout autant minimisés. Certains avantages vont se retrouver dans les inconvénients ; n en déplaise aux fans invétérés de l injection directe d essence. 4.1 Très large plage de fonctionnement La gestion type «Motronic», ainsi que le fait d avoir un injecteur par cylindre, nous permet, comme nous l avons vu dans l introduction, d avoir une très large latitude de fonctionnement et de corrections. Nous pouvons fonctionner, par exemple, avec un mode pauvre au-delà de la zone dite d inflammabilité du mélange air-essence. 4.2 Diminution des pertes par renouvellement de la charge Le papillon est motorisé. Il peut, par conséquent, être commandé par le calculateur. La plupart du temps les moteurs fonctionnent en charge partielle. Le papillon des gaz reste partiellement ouvert. Cela crée une dépression que le moteur doit vaincre pour aspirer l air dans le cylindre. La gestion moteur essaie de garder le papillon des gaz ouvert. La dépression diminue et le cylindre bénéficie d une pression plus importante facilitant son remplissage. 4.3 Moins de rejet d hydrocarbure (HC) La quantité de carburant injecté est optimisée par le calculateur extrêmement pointu. Grâce à la haute pression, la pulvérisation du carburant a été considérablement améliorée. De ce cumul de faits, la quantité de HC rejeté dans l échappement a diminué. 4.4 Perte par Lambda 1 Les moteurs ont un meilleur rendement avec un mélange pauvre. Lambda 1.1 à 1.3. Ce système nous permet d explorer cette zone. 4.5 Meilleures rendements générale (Down Sizing) Du fait d une puissance spécifique plus élevée, on peut réduire la taille des moteurs pour la même puissance, c est le «Down Sizing». On peut ainsi faire des économies d énergie et de carburant. 4.6 Faible émission de CO2 Le CO2 dépend directement de la quantité d essence introduite dans la chambre de combustion. Comme nous venons de le voir, grâce notamment au «Down Sizing», mais aussi à une optimisation du dosage du carburant, nous parvenons à réduire la consommation de carburant, réduisant du même coup la production de CO Economie de carburant en décélération Le régime de reprise peut être plus bas parce qu il n y a pas d accumulation de carburant sur les parois du collecteur. 4.8 Différents modes de fonctionnement Le fait d avoir un système capable de s adapter de manière optimum à l utilisation du véhicule paraît être un avantage certain. Cependant, chaque mode amène son lot d avantages et d inconvénients. Les modes «pauvres», stratifiés ont même tendance à disparaître car il semble que leurs avantages n égalent pas leurs inconvénients. Ils vous sont tout de même expliqués ci-après. Gestion moteur 4 L injection directe

5 5 Inconvénients Sur le papier, il n y en a pas. Mais dans la réalité ce système en est truffé. Etonnamment, dans un monde où nous n avons de cesse de prôner des moteurs toujours plus propres, les principaux inconvénients de l injection directe sont liés à la dépollution. 5.1 Formation d oxyde d azote (NOx) Ces moteurs créent d avantages de NOx. Les NOx se forment à cause de la haute température de la combustion, un peu plus de 1500 C. La cause de cette augmentation de température est double. D une part, la meilleure qualité de la combustion et d autre part, lorsque le moteur fonction en mode mélange pauvre, dès lambda Système EGR Du fait de l augmentation de la création d NOx, il n est plus possible de respecter les normes antipollution, toujours plus strictes, qui régissent le monde de l automobile. Un système de traitement des NOx, appelé EGR, est devenu malheureusement indispensable. 5.3 Création de microparticules Le carburant est injecté sous forme de gouttelettes. Certaines ne brûlent pas, et ce d autant plus dans les modes non homogènes. Ces gouttelettes deviennent des microparticules. Leur taille dépend directement de la taille de la gouttelette incriminée. 5.4 Point d allumage Il peut être délicat en mode stratifié. Entre lambda 0.7 et 1.3, nous sommes dans la zone de non-inflammation du mélange. Lorsque le moteur est en mode stratifié, il peut dépasser cette limite pauvre de lambda 1.3. Dans ce cas, en plus d autres exigences traitées plus bas, la précision du point d allumage devient cruciale. 5.5 Turbulence Lorsque nous sommes hors de la plage d inflammation du mélange, en mélange pauvre, dès lambda 1.3, le mélange ne peut pas s enflammer! Pour malgré tout passer cet obstacle, il faut amener au plus près de la bougie une quantité de mélange homogène inflammable. Pour accomplir ce miracle, il faut créer une turbulence Swirl ou Drall Cercles horizontaux Trumble Cercles verticaux. 5.6 Post-traitement des gaz d échappement Un catalyseur 3 voies ne peut fonctionner qu à lambda 1. Le fait d exploiter le moteur sur des mélanges pauvres le rend obsolète. La conséquence en est la pose de catalyseur 2 voies, de catalyseur à réduction de N0x avec la multiplication des capteurs d échappement qui en découle. Sonde lambda, sonde lambda à large bande, sonde Denox, sonde de température. Gestion moteur 5 L injection directe

6 5.7 Clapet supplémentaire et pompe à dépression Ce sont les conséquences directes des diminutions des pertes par renouvellement de la charge vu au point 4.2. Le papillon se veut ouvert au maximum pour éviter une trop grande dépression dans la tubulure d admission afin que le moteur n ait pas à la vaincre pour remplir ses cylindres. Mission accomplie! Le problème est que le flux en dépression a, par sa vitesse accrue, l avantage de pouvoir brasser et homogénéiser le mélange air-essence. Dans les modes pauvres cela serait bien utile. Du coup, un volet est monté dans la tubulure pour, en cas de besoin, recréer cette dépression. De plus, la dépression créée par le papillon des gaz était également utilisée pour l assistance au freinage. Avec sa disparition, les constructeurs ont dû monter des pompes à dépression. C est le moteur qui l entraîne encore une perte de rendement. 5.8 Besoin de comprimer du carburant à haute pression Nous l avons vu au chapitre fonctionnement, l essence est injectée à une pression allant de 50 à 120 bars. La pompe haute pression qui est chargée de faire ce travail est entraînée par le moteur et provoque fatalement une perte de rendement. De plus, cette mise en pression provoque un échauffement du carburant. Afin d éviter la création de poches gazeuses, appelées «Vapor lock» en anglais, il est souvent nécessaire de refroidir le carburant. Il faut également, et pour cette même raison, maintenir tout le circuit sous pression. Gestion moteur 6 L injection directe

7 6 Injecteur Il est commandé par un condensateur. Il a besoin pour s ouvrir, d une tension de 50 à 90 volts et d un courant de 10 ampères. Pour le maintenir ouvert, une tension de 30 volts et un courant de 4 ampères suffisent. Le boîtier est à même des les fournir directement. 7 Différents modes Le fait de pouvoir gérer indépendamment tous les paramètres d injection, d allumage etc. permet au système de fonctionner sur différents modes selon les conditions ambiantes, les envies du conducteur etc. Cependant, les modes extrêmement pauvres tendent à être abandonnés car comme nous l avons vu, bien des avantages obtenus sont largement contrebalancés par des inconvénients non négligeables. 7.1 Mode stratifié (pauvre) Injection pendant la phase de compression. Le mélange air essence n est pas homogène et particulièrement pauvre. Des endroits de la chambre de combustion n ont pas assez de carburant pour s enflammer. Seul le mélange vers la bougie est inflammable, le reste est en excédant d air. Les HC, ainsi que les CO sont diminués mais la création des NOx est accrue. Le régime est en-dessous de 3000 t/min. Le volet de charge est fermé. Lambda maximum Mode stratifié et réchauffage C est un mode à double injection. Il permet le réchauffage rapide de l échappement. La première injection a lieu pendant la compression et la deuxième pendant la détente. Cette deuxième injection crée une postcombustion et réchauffe ainsi le collecteur d échappement. Grâce à ce fonctionnement, le catalyseur de NOx peut être chauffé jusqu à 650 C, ce qui a pour effet d amorcer sa désulfurisation. A part la double injection, ce mode fonctionne comme le mode stratifié normal. 7.3 Mode homogène stratifié C est un mode intermédiaire. Deux injections sont requises. Une au temps d admission et une autre au temps de compression. La majorité du mélange est pauvre et homogène et la partie devant la bougie est riche. Ce mode peut aussi être mis en action pour palier au cliquetis. Si la première injection a lieu pendant la phase de compression et la deuxième pendant la phase d échappement, cela peut servir à réchauffer l échappement. Papillon des gaz largement ouvert et volet de charge fermé. Lambda maximum 2. Gestion moteur 7 L injection directe

8 7.4 Mode homogène pauvre C est un mode intermédiaire. Le papillon des gaz est largement ouvert et le volet de charge est fermé. Lambda maximum Mode homogène L injection a lieu pendant la phase d admission. Cela permet un mélange homogène entre le carburant et l air. Il est utilisable à haut régime et/ou couple élevé. Le papillon des gaz détermine le couple. Les volets de charge sont ouverts. Lambda Mode homogène anti-cliquetis Ce mode est identique au mode homogène. A ceci près qu en cas de cliquetis, en pleine charge, on va privilégier une double injection plutôt que de retarder le point d allumage. La conservation de l avance du point d allumage nous confère la possibilité de bénéficier d un couple important. 7.7 Mode homogène riche Permet la régénération du catalyseur à NOx. Gestion moteur 8 L injection directe

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