BTS AVA - 2 ème Année. Systèmes d'injection Essence Régulation de richesse

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1 BTS AVA - 2 ème Année Systèmes d'injection Essence Régulation de richesse Thierry CABANTOUS Lycée Fernand Léger

2 Systèmes d injection Essence Régulation de richesse Plan de la séance Présentation du système de régulation de richesse Réalisation matérielle du système Catalyse 3 voies des gaz d'échappement Modélisation de la boucle de régulation de richesse Stratégies de la régulation de richesse Présentation des TP sur véhicules Acquisitions Synchronie sur véhicules Synthèse des TP sur véhicules

3 Présentation du système de régulation de richesse Principe de l injection d essence Principe de base : La. par la mesure de la.. à injecter dans les cylindres est déterminée à chaque instant. aspirée par le moteur. Dosage du mélange carburé : Le dosage du mélange carburé est le.. entre la masse d essence injectée pendant un temps donné et la masse d air aspirée par le moteur pendant le même temps. Dosage stœchiométrique : d m essence m air Le dosage stœchiométrique correspond au dosage théorique permettant une.. de l essence dans l air. L équation chimique de la combustion de l heptane (C 7 H 16 ) dans l air donne : d s m m essence air s 1 15,1

4 Présentation du système de régulation de richesse Dosage Stœchiométrique Lorsque le moteur aspire Il faut injecter exactement Dans ce cas, la richesse du mélange est La combustion

5 Présentation du système de régulation de richesse La richesse et le coefficient d air Fonctionnement du moteur Richesse r d d réel s Coefficient d air 1 r Mélange riche Mélange stoechiométrique Mélange pauvre Les coefficients et r varient en sens inverse. Lorsque augmente (mélange pauvre), r diminue. Ces deux coefficients représentent. différentes.. exprimée selon deux formes Par analogie au coefficient d air, représente en fait le

6 Présentation du système de régulation de richesse Les produits de la combustion Air sec (% en volume, gaz rares négligés) Oxygène : Azote : Combustion idéale (complète), dans le cas d un dosage stoechiométrique Une mole d air : Carburant idéal C n H 2(n+1) Heptane, sans plomb Une mole d Heptane : Combustion réelle (incomplète), dosage non stoechiométrique Produits polluants Monoxyde de carbone Oxydes d azote Imbrûlés Produits de la combustion (taux de conversion idéal du catalyseur de 100%) Produits non "polluants"

7 Présentation du système de régulation de richesse Emission des polluants en fonction de la richesse CO % Instabilité A Lorsque la richesse diminue de 1,2 à 0,9 Le CO et les HC diminuent simultanément. Les HC et les NO X évoluent de façon inverse. Les NO X augmentent en raison de l élévation de la température de la combustion en mélange pauvre. NO X HC CO Lorsque la richesse est inférieure à 0,85. Le CO atteint un niveau très bas (excès d air), les HC augmentent (imbrûlés) en raison de phénomènes d extinction de flamme. 1,5 0,8 0,5 0,7 0,8 0,9 0,96 1 1,04 1,1 1,2 Richesse Lorsque la richesse augmente de 1 à 1,2 Le CO et les HC augmentent fortement en raison d une combustion incomplète (mélange riche). Les NO X diminuent car la température de la combustion diminue, jusqu à la limite d inflammabilité du carburant, pour des richesses supérieures à 1,2. Conclusion : Il est très difficile d amener les trois polluants tout en conservant une richesse permettant un bon fonctionnement du moteur. Avant catalyse, le.. en terme d émission de polluants et de fonctionnement du moteur, se situe

8 Présentation du système de régulation de richesse Emission des polluants en fonction de la richesse Polluants ( % ) NOx Efficacité maximum du pot catalytique CO HC Lorsque la richesse diminue (mélange pauvre) Les NO X augmentent fortement en raison de l élévation de la température de la combustion (excès d air). Les CO et les HC atteignent un très faible niveau (faible taux d imbrûlés). Lorsque la richesse augmente (mélange riche) Le CO et les HC augmentent en raison d une trop grande proportion d essence imbrûlée dans le mélange. Cette essence imbrûlée peut provoquer, en cas de prise d air à l échappement, un phénomène de post-combustion entraînant la destruction totale du catalyseur (T>1000 C) Richesse Efficacité maximum de dépollution du catalyseur L efficacité maximum de dépollution du catalyseur se situe dans une fenêtre très étroite, centrée autour de la richesse 1 (entre 0,98 et 1,02). Conclusion : Le impose l utilisation d un Ce dispositif doit réguler la richesse du mélange à une valeur aussi proche que possible de 1, afin de maintenir les émissions de polluants à leurs plus faibles niveaux, après catalyse.

9 Réalisation matérielle du système Le pot catalytique Pot catalytique et sonde lambda sous collecteur

10 Réalisation matérielle du système Le pot catalytique Un catalyseur est un élément qui a la propriété de une réaction chimique,.. au cours de la réaction

11 Réalisation matérielle du système Le pot catalytique Catalyse sous collecteur Catalyse sous plancher La de fonctionnement du catalyseur se situe Le pot catalytique est implanté au plus près du moteur afin de permettre un amorçage plus rapide de la catalyse après le démarrage du moteur (à partir de 300 C).

12 Réalisation matérielle du système Principe de la catalyse 3 voies La catalyse permet : - le monoxyde d azote (CO) en CO 2 et les imbrûlés (HC) en H 2 0 et en CO 2 - les oxydes d azote (NO X ) en N 2 et en O 2

13 Réalisation matérielle du système Mode d action du catalyseur 3 voies CO, HC, NO cache REACTIONS CHIMIQUES BILANS Oxydation du CO CO + 1/2 O 2 Oxydation des HC 2 HC + 5/2 O 2 Réduction des NO X uction des NO X NO + O 2 CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT CO + NO La dépollution maximale des gaz d échappement n est possible qu à l intérieur d une étroite fenêtre de fonctionnement du moteur, centrée autour de la richesse 1 (dosage stoechiométrique). Cette contrainte technologique impose

14 Réalisation matérielle du système La sonde lambda La sonde lambda est placée entre le collecteur d échappement et le pot catalytique. Sa température optimale de fonctionnement se situe entre La sonde lambda mesure. Cette teneur en oxygène dépend du. ou pauvre) brûlé par le moteur.. des gaz d échappement.. air + essence (riche La sonde lambda permet donc d effectuer du mélange carburé. Elle est utilisée pour réguler la richesse sur tous les moteurs à injection d essence.

15 Réalisation matérielle du système Constitution de la sonde lambda Cache Tube de protection avec fente (entrée des gaz d'échappement) 2 - Culot de la sonde 3 - Enveloppe protectrice (sertissage non étanche à l air extérieur) 4 - Isolateur 5 - Fil électrique (signal sonde calculateur) 6 - Fils de réchauffe de la sonde (+ APC et masse) 7 - Contacteurs électriques 8 - Résistance chauffante CTP (4,5 Ohms) 9 - Support en céramique 10 - Céramique poreuse + électrodes de platine externe et interne

16 Réalisation matérielle du système Fonctionnement de la sonde lambda Cache Electrodes de platine e Air ambiant Gaz d'échappement Oxygène Peu ou pas d'oxygène Céramique Ions d'oxygène La sonde est constituée d'un dont la surface est munie perméables aux gaz. La céramique utilisée.. à une température minimale de 350 C. Lorsqu'il y a.. entre les deux électrodes, il se produit un déplacement des ions oxygène (de la face interne vers la face externe) qui crée aux bornes de la sonde une Cette différence de potentiel constitue le signal électrique (0,1 ou 0,9 Volts) transmis au calculateur

17 Réalisation matérielle du système Signal électrique de la sonde lambda Le signal de sortie de la sonde lambda s apparente à une variable binaire qui ne peut avoir que les deux valeurs suivantes :

18 Réalisation matérielle du système Câblage de la sonde lambda au calculateur 1 - Alimentation de la résistance CTP Info CALCULATEUR Info 2 - Masse de la résistance CTP 3 - Électrode négative (face externe) 4 - Électrode positive (face interne) + 12 V V

19 Réalisation matérielle du système Modélisation de la régulation de richesse Cache Uc appliquée à l'entrée du comparateur (consigne = 1) Uc = Um (mesure du taux de O 2 des gaz d'échappement) Le comparateur calcule en permanence la différence de tension = Uc - Um Um = 0,9 Volts => < 0 le calculateur corrige Um = 0,1 Volts => > 0 le calculateur corrige Le signal de la sonde oscille entre et ce qui correspond à une régulation de la richesse variant continuellement entre et

20 Réalisation matérielle du système Stratégies de la régulation de richesse Coefficient multiplicatif du temps d injection Enrichissement Correction intégrale Enrichissement Le calculateur corrige le temps Appauvrissement d'injection en fonction du signal Correction proportionnelle de sortie de la sonde lambda. Temps Signal sonde (mv) 900 mv Riche En boucle fermée, Il existe deux types de corrections de richesse Référence 500 mv mv Pauvre 100 mv Pauvre - Temps La correction intégrale consiste à enrichir ou appauvrir uniformément le mélange La correction proportionnelle a lieu lorsqu une variation est détectée.

21 BTS AVA - 2 ème Année Systèmes d'injection Essence Régulation de richesse Présentation des TP sur véhicules

22 Présentation des TP sur véhicules Organisation du travail 4 postes de travail (organisés en 4 binômes) 2 postes de TP "Acquisitions Synchronie" : - Citroën Saxo - Peugeot postes de TP "Réparation" : - Peugeot Peugeot 307

23 Présentation des TP sur véhicules Objectifs et Guide de travail TP "Réparation" Objectifs : - Etre capable de contrôler, de faire le diagnostic, et de remplacer une sonde lambda sur véhicule. Guide de travail : - Contrôle de la tension de sortie de la sonde avant dépose - Dépose de la sonde lambda - Contrôles électriques de la sonde au multimètre - Contrôle de fonctionnement de la résistance chauffante (branchement direct au + batterie) - Repose de la sonde lambda - Contrôle de la tension de sortie de la sonde après repose

24 Présentation des TP sur véhicules Objectifs et Guide de travail TP "Acquisitions Synchronie" Objectifs : - Etre capable de faire le diagnostic du système de régulation de richesse sur véhicule. - Evaluer le fonctionnement en vraie grandeur de la boucle de régulation (réponse à différentes perturbations). Guide de travail : - Acquérir sur Synchronie le signal de sortie de la sonde lambda moteur tournant, en fonctionnement normal (ralenti et accélérations). - Faire varier la richesse du mélange en agissant sur les durites d'arrivée et de retour d'essence. Observer la réponse de la régulation en fonctionnement "ultra riche" et "ultra pauvre". - Créer deux dysfonctionnement en débranchant successivement un injecteur puis une bougie d'allumage. Observer la réponse de la régulation à ces perturbations.

25 BTS AVA - 2 ème Année Systèmes d'injection Essence Régulation de richesse Synthèse des TP sur véhicules

26 Synthèse des TP sur véhicules Acquisitions Synchronie Tension de sortie de la sonde lambda en mélange riche (durite de retour d essence pincée)

27 Synthèse des TP sur véhicules Acquisitions Synchronie Tension de sortie de la sonde lambda en mélange pauvre (durite d'arrivée d essence pincée)

28 Synthèse des TP sur véhicules Acquisitions Synchronie Tension de sortie de la sonde lambda avec un injecteur débranché On observe un "trou" de richesse exactement tous les 2 tours

29 Synthèse des TP sur véhicules Résultats obtenus Mise en commun des résultats de TP et analyse des relevés Synchronie effectués sur les véhicules Questions complémentaires

30 Notes personnelles