! "#! DOSSIER TECHNIQUE 1. Le système de gestion moteur 1.1. Présentation du système de gestion moteur 1.2. Le circuit d admission en air 6 1.. Échappement 7 1.4. Recyclage des gaz d échappement : EGR 7 2. Le système d injection de gazole BOSCH EDC 16 C4 8 2.1. Le circuit d injection 8 2.2. Générateur haute pression 9 2.. Rampe commune 10 2.4. Injecteur 10 2.5. Graphes des caractéristiques électriques durant les différentes phases de fonctionnement 12 2.6. Graphes des caractéristiques électriques durant la phase de recharge du condensateur du BOOSTER 1 2.7. Graphes des caractéristiques électriques durant la phase d injection 14 2.8. La loi d injection de l injecteur 15. Chaîne de mesure de la température de l air admis 16.1. Situation du capteur 16.2. Organisation de la chaîne de mesure 16.. Convertisseur Analogique Numérique (CAN) 17 4. La dépollution des moteurs Diesel respectant la norme EURO 4 4.1. Synoptique du dispositif antipollution du moteur DV6 TED 4.2. Ensemble catalyseur filtre à particules 4.. Additivation carburant 19 4.4. Gestion d aide à la régénération 20 4.5. Surveillance du niveau de charge du filtre à particules 20 4.6. Effets de l activation de l aide à la régénération 22 4.7. Recyclage des gaz d échappement 2 5. Extrait de normalisation hydraulique 24 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 1/24
Ce dossier porte sur l étude du système de gestion moteur du nouveau moteur Diesel DV6 TED 4 qui équipe le modèle Picasso de CITROËN. Ce moteur permet de respecter la réglementation anti pollution EURO 4. Le système de gestion moteur est le système BOSCH EDC 16 C4 Moteur DV6 TED4 Type réglementaire 9 HY 9HZ FAP Non Oui Nombre de cylindres 4 Ordre d injection 1 4-2 Cylindrée cm 1560 Alésage Course mm 75 x 88, Puissance maximale 80 kw à 4000 tr/min 110 CV à 4000 tr/min Couple maximum 24,5 danm à 2000 tr/min 26 danm en fonctionnement overfuelling (dite «overboost») Nombre de soupapes 16 Echangeur d air Oui Turbocompresseur Géométrie variable Fournisseur GARRET Injection Bosch Type EDC 16C EDC 16C4 Comparaison des normes EURO et EURO 4 pour moteur essence et Diesel Essence CO HC NOx Evaporation EURO 2. g/km 0.2 g/km 0.15 g/km 2 g / 24 h EURO 4 1 g/km 0.1 g/km 0.08 g/km 2 g / 24 h Le passage à la norme EURO 4 entraîne une réduction des émissions polluantes de l ordre de 50% Caractéristiques du gazole Diesel CO NOx HC + NOx Particules EURO 0.64 g/km 0.5 g/km 0.56 g/km 0.05 g/km EURO 4 0.5 g/km 0.25 g/km 0. g/km 0.025 g/km Gazole Diesel Paramètre Unité Limite maximale Couleur incolore Indice de cétane 52 Masse volumique kg/m 85 Rapport carbone/hydrogène dosage stœchiométrique g/g g/g 6,02 1/14,7 Teneur en soufre Teneur en cendres Teneur en eau mg/kg % m/m % m/m 50 0,01 0,05 Pouvoir calorifique (Pci) kj/g 42,5 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 2/24
1. Le système de gestion moteur 1.1. Présentation du système de gestion moteur 1.1.1. Représentation organique du système 1 1 5 8 6 7 9 5 Circuit électrique Repère Organes 6 Calculateur d injection Capteur de pression 7 atmosphérique Capteur position pédale 8 d accélérateur 9 Voyant diagnostic 10 Prise diagnostic centralisée 11 Relais double injection 12 Batterie 1 Capteur vitesse véhicule 14 Voyant de chauffage 15 Compte-tours 16 Information consommation Antidémarrage 17 électronique Sonde de température d eau moteur Boîtier de pré-post 25 chauffage 29 Bougie de préchauffage Capteur de position d arbre 1 à cames Capteur régime moteur 11 Circuit de carburant Circuit d air Repère Organes Repère Organes 19 Refroidisseur de carburant 1 Filtre à air 20 Réservoir de carburant 2 Débitmètre d air 21 Carburant Turbo compresseur 22 Filtre à carburant 2 Pompe à vide 2 Pompe d amorçage de carburant manuelle Circuit d échappement 24 Raccord 4 voies Repère Organes 26 Régulateur de débit IMV 4 Vanne de recyclage des gaz d échappement (EGR) 27 Pompe Haute Pression 5 Ligne d échappement 0 Injecteurs 6 Catalyseur 4 Capteur Haute Pression 7 FAP Filtre à Particules Rampe d injection commune Capteur de pression 5 8 Haute Pression carburant différentielle FAP Capteur haute température 9 gaz échappement aval CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n /24
1.1.2. Schéma électrique (de principe) Injection DV6 TED 4 (9HZ) Bosch EDC 16C CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 4/24
Nomenclature du schéma électrique Repère Organe Repère Organe BB00 Batterie 112 Capteur de pression admission (DV6 TED4) BSI Boîtier de servitude intelligent 11 Capteur de régime moteur CA00 Contacteur antivol 120 Calculateur moteur C001 Connecteur diagnostic 121 Capteur haute pression gazole CV00 Module de commutation sous volant 11 Injecteur cylindre n 1 PSF1 Platine servitude - boîte fusibles compartiment moteur 12 Injecteur cylindre n 2 0004 Combiné 1 Injecteur cylindre n 1115 Capteur référence cylindre ou capteur arbre à cames 14 Injecteur cylindre n 4 11-- Boîtier de préchauffage 141 Capteur pression différentielle filtre à particules 1208 Pompe d injection haute pression Diesel 14 Capteur haute température gaz échappement aval 1211 Pompe Jauge à carburant 161 Doseur air chaud 1220 Sonde de température d eau moteur 162 Doseur air froid 1221 Thermistance gazole 15-- Dispositif de refroidissement (moto ventilateur) Electrovanne de régulation pression de turbo Capteur vitesse véhicule (véhicule non équipé de 12 1620 (DV6 TED4) l ABS ou de l ESP) 1240 Capteur température air admission 4120 Capteur de niveau d huile moteur 1261 Capteur position pédale accélérateur 65-- Dispositif Air Bag 1276 Réchauffeur électrique de gazole 7-- Dispositif régulateur de vitesse 1277 Actuateur de débit (IMV) 706 Contacteur de sécurité du régulateur de vitesse (embrayage) 1297 Vanne EGR électrique (DV6 TED4) 78-- Système ESP 110 Débitmètre air et température air 80-- Système de climatisation CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 5/24
1.2. Le circuit d admission en air Filtre à air Sur la version EURO 4 un double papillon doseur (6) permet de gérer le débit d air passant dans l échangeur (5). L échangeur est également appelé RAS (refroidisseur d air de suralimentation) Turbocompresseur 1.2.1. Double papillon doseur Le double papillon doseur est composé de deux doseurs électriques avec recopie, commandés séparément. Ces doseurs servent à limiter ou interdire le passage des gaz au travers de l échangeur en phase de régénération du filtre à particules et à ajuster la différence de pression entre l admission et l échappement afin de contrôler le débit d EGR. Les volets servent également à étouffer l admission lors de la phase de coupure moteur afin de limiter les à-coups dus à l inertie du turbocompresseur. Le doseur d air chaud est naturellement fermé hors tension électrique. Le doseur d air froid est naturellement ouvert hors tension électrique. De ce fait au repos et en cas de défaillance, le système est équivalent à un refroidisseur classique. Capteur de température Capteur de pression Doseur air chaud Lors de l arrêt du moteur, les deux volets sont commandés plusieurs fois de butée à butée afin de réaliser un apprentissage de position par le calculateur. Particularités électriques Doseur air froid Echangeur 162 : Doseur air froid 161 : Doseur air chaud 1.2.2. Turbo compresseur Tous les moteurs de la famille DV sont suralimentés par turbocompresseur. Les types de turbocompresseurs sont différents d une motorisation à l autre. Particularités électriques Sur moteurs DV4 TED4 et DV6 TED4, la pression de suralimentation est régulée par le calculateur moteur. Une électrovanne (12) pilotée par le calculateur gère la capsule de commande du turbocompresseur. Cette capsule fait varier l inclinaison d ailettes mobiles côté turbine, ce qui fait varier la pression de suralimentation. La commande électrique s effectue par un signal de type RCO (rapport cyclique d ouverture). 12 : Electrovanne de régulation de pression de suralimentation CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 6/24
1.. Échappement Le collecteur d échappement en fonte est situé sur la face avant du moteur. Un catalyseur d oxydation est placé en sortie du turbocompresseur Certaines versions des motorisations DV sont équipées d un filtre à particules (FAP). La première application est le moteur DV6 TED4 EURO 4. Le filtre à particules est emboîté directement dans le catalyseur 1.4. Recyclage des gaz d échappement : EGR 1.4.1. Présentation Vanne EGR Tous les moteurs de la famille DV sont équipés d un système de recyclage des gaz d échappement (EGR). Ce dispositif est piloté par le calculateur d injection en boucle fermée sur une consigne du débitmètre. Vanne EGR électrique : Afin de réguler plus finement le taux de recyclage, la vanne est commandée par un signal électrique délivré par le calculateur. On notera la présence d un refroidisseur des gaz sur la version EURO 4 (échangeur air/eau). Application actuelle : moteur DV6 TED4. Echangeur (EURO4) 1.4.2. Particularités électriques (vanne EGR électrique) La commande de la vanne EGR s effectue par un signal RCO (rapport cyclique d ouverture) d amplitude égale à la tension batterie et de fréquence comprise entre 800 et 1100 Hz. La vanne EGR possède un capteur de position qui informe le calculateur moteur de la position réelle de la vanne. Lors de la coupure du moteur, la vanne EGR est commandée plusieurs fois de butée à butée afin de réaliser un apprentissage de position par le calculateur. Détermination du taux de recyclage des gaz d échappement par le calculateur Le calculateur détermine une consigne de masse d air frais souhaitée, devant respecter un excès d air adéquat. Ensuite, il détermine le signal de commande de la vanne EGR, issue d une cartographie. La régulation en boucle fermée est assurée jusqu à faire coïncider la masse d air de consigne et la masse d air réelle pénétrant dans le cylindre. Brochage Désignation 1 : + 5 V 2 : Masse : Commande EGR (RCO) 4 : Signal position GR 5 : Masse 1297 : Vanne EGR électrique CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 7/24
2. Le système d injection de gazole BOSCH EDC 16 C4 2.1. Le circuit d injection 12 10 9 15 1 14 11 8 5 Repère Désignation 1 à 4 Injecteurs Diesel 5 Refroidisseur de carburant 6 Réservoir à carburant 7 Sonde présence d eau dans le gazole 8 Filtre à carburant + décanteur d eau dans carburant 9 Pompe Haute Pression 10 Sonde de température carburant 11 Rampe d injection commune Haute Pression 12 Capteur Haute Pression carburant 1 Pompe d amorçage de carburant manuelle 14 Raccord de dérivation en «T» 15 Raccord 4 voies ( entrées, 1 sortie) 16 Gicleur de décharge 17 Soupape de décharge Gicleur de débit 19 Pompe de transfert 20 Régulateur de débit de carburant 21 Gicleur de lubrification A Circuit retour réservoir B C Circuit basse pression Circuit Haute Pression 2.1.1. Schéma du circuit de carburant A 11 21 Fonctionnement Le gazole est aspiré par la pompe de transfert au travers du gicleur de débit dont le rôle est de limiter le débit dans les hauts régimes. Une partie du gazole est dirigée vers la lubrification au travers des gicleurs de lubrification. L autre partie est dirigée vers le régulateur de débit. Le régulateur de débit régule le débit dirigé vers la pompe haute pression. Cette valeur conditionne la pression de sortie. Le régulateur est piloté par le calculateur en boucle fermée via le capteur haute pression situé sur la rampe commune. La soupape de décharge permet l évacuation du gazole excédentaire en cas de fermeture du régulateur de débit. Ce gazole retourne en amont de la pompe de transfert. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 8/24
2.2. Générateur haute pression 6 5 4 Repère Désignation 1 Pompe de transfert 2 Retour gazole 5 4 Sortie HP 4 Régulateur de débit 6 2 1 5 Soupape de décharge 6 Arrivée de carburant 2 2.2.1. Description de la pompe haute pression La pompe haute pression n est pas une pompe distributrice et ne nécessite pas de calage. La pompe haute pression est mono bloc et comprend éléments à 120 générant la haute pression. La pompe haute pression est entraînée par la courroie de distribution, le rapport d entraînement est de 0,5. Elle assure l alimentation des injecteurs sous haute pression au travers de la rampe d injection commune. 2.2.2. Pompe de transfert Elle permet : Pompage du carburant dans le réservoir de carburant Alimentation de la pompe haute pression Lubrification et refroidissement de la pompe haute pression Description La pompe de transfert (pré alimentation) est une pompe volumétrique à engrenage La pression carburant en sortie de pompe de transfert vers la pompe haute pression varie en fonction du régime moteur (entre 4,5 et 6 bars) 2.2.. Régulateur de débit de carburant Le régulateur de débit de carburant modifie le débit de carburant entre la pompe de transfert et la pompe haute pression. La régulation de débit en entrée de pompe haute pression permet de ne transvaser que la quantité de carburant demandée par le calculateur de gestion moteur. Il en résulte : Une réduction de la puissance consommée par la pompe haute pression Une réduction de l échauffement du carburant Le calculateur de gestion moteur contrôle la pression du gazole dans la rampe d injection commune haute pression en boucle fermée. Il mesure la haute pression à l aide du capteur de pression de carburant et adapte celle-ci à la valeur de consigne en modulant le rapport cyclique d ouverture (RCO) du régulateur de débit. Si le signal RCO est petit, le débit de carburant vers la pompe haute pression est grand. Si le signal RCO est grand, le débit de carburant vers la pompe haute pression est faible. 2.2.4. Soupape de décharge Elle permet : Le dégazage de la pompe haute pression La lubrification interne de la pompe haute pression 2.2.5. Gicleur de décharge Il permet la décharge rapide de la rampe d injection commune lors d une «lâchée de pied» rapide. 2.2.6. Gicleur de débit Il limite l arrivée de carburant à la pompe de transfert dans les hauts régimes moteur. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 9/24
2.. Rampe commune Repère Désignation 1 Capteur de pression 2 Arrivée de carburant HP 2 Le rôle de la rampe commune est de : Stocker le carburant nécessaire quelles que soient les conditions d utilisation du moteur Amortir les pulsations hydrauliques crées par les phases d injections, 1 Un capteur de pression permet d informer le calculateur de la pression de carburant. 2.4. Injecteur 2.4.1. Description f 1 12 1 f 14 2 4 5 11 9 8 7 6 10 1 DV4006D Repère Désignation 1 Connecteur 2 Bobine d électrovanne Ressort d électrovanne 4 Ecrou Aiguille d électrovanne 5 (aiguille pilote) 6 Aiguille d injecteur 7 Chambre de pression 8 Ressort d injecteur 9 Piston de commande 10 Chambre de commande 11 Gicleur d alimentation 12 Gicleur de circuit de retour 1 Raccord d entrée HP 14 Filtre laminaire Fonctionnement 5 12 10 11 L ouverture des injecteurs est obtenue par différence de pression entre la chambre de commande (10) et la chambre de pression (7). Au repos, l aiguille d injecteur (6) est plaquée sur son siège par le ressort (8) et l action du gazole sous pression. La chambre de commande (10) est en liaison avec le circuit haute pression carburant au travers du gicleur (11) et du circuit de retour au 9 réservoir carburant au travers du gicleur (12). Le gicleur (12) est plus grand que le gicleur 8 (11). Le carburant sous haute pression en provenance 7 de la pompe est réparti de façon identique entre les chambres (7) et (10). L électrovanne de commande étant fermée, le carburant est confiné 6 dans les deux chambres. La pression chute dans la chambre de commande lorsque l aiguille de l électrovanne de commande se lève. La différence de pression entre la chambre de commande (10) et la chambre de pression (7) fait lever l aiguille d injecteur. Lors d une injection, la mise sous tension d un injecteur permet la décharge du condensateur. Pendant un temps très court, l injecteur est alimenté par un fort courant d appel sous 80V. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 10/24
2.4.2. Le dispositif électrique de commande des injecteurs Etage de commande des injecteurs La mise sous tension des injecteurs (mise au plus) s effectue par paire d injecteurs Calculateur Les injecteurs 1 et 4 + 0V + 12V Les injecteurs 2 et inj 1 inj 2 inj inj 4 Description des éléments constitutifs de l étage de commande T1 : transistor de mise sous tension de la paire d injecteurs T2.2 : Transistor de mise à la masse de l injecteur n 2 T2. : Transistor de mise à la masse de l injecteur n T : transistor de commande du Booster D1, D2.2, D2., D, D4 : Diodes U1 : différence de potentiel entre l entrée de l injecteur et la masse U2 : différence de potentiel entre la sortie de l injecteur et la masse Schéma de l étage de commande en puissance d une paire d injecteurs 2 et D L étage de puissance relié à un solénoïde d injecteur comporte deux transistors de puissance D1 et un condensateur qui fournit l énergie nécessaire à T1 T la commutation très rapide des fortes intensités Uinj inj.2 inj. (effet booster). Principe de fonctionnement du BOOSTER Ualim U1 D2.2 Entre deux injections, le condensateur est chargé D4 par un courant haché. Ces ruptures franches de courant créent à chaque fois une crête de tension D2. par effet de self. Au final, le condensateur est U2 T2.2 T2. chargé à une valeur de tension de 80V. Cet effet de Ucond Condensateur self est produit par les bobinages des injecteurs Booster dans lesquels circule le courant de charge. Les impulsions de celui-ci sont beaucoup trop courtes pour que l aiguille pilote de l électrovanne réagisse. Le courant de charge est une valeur calibrée à la mise sous tension du calculateur, puis f (U bat, P rampe). Graphe de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 durant l injection pilote (pré injection) suivie de l injection principale Graphe de l intensité du courant traversant l injecteur durant la phase d injection principale (moteur en puissance) Ampères 25 20 Injection pilote (pré injection Injection principale 15 10 5 0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 ms Courant de l électrovanne avec élévation de tension La force nécessaire à ce déplacement au moment de l appel sur le bobinage est générée grâce à un fort courant pendant une très courte durée (00 µs, 80V, 20 A). La phase d appel achevée, le calculateur réduit le courant de commande à un courant de maintien d environ 12 A/50 V. Lorsque le temps d excitation de l injecteur, déterminé par le calculateur, est écoulé, ce dernier coupe le courant dans le bobinage de l électrovanne. En dessous du courant de coupure (8A environ) l aiguille pilote redescend. Remarque : Pour une injection pilote, l électrovanne n est alimentée que par un courant d appel d une durée très courte comprise entre 150 et 00 µs. Nota : La durée du courant d appel est une valeur calibrée (00 µs) lors de la mise sous tension du calculateur puis f(t 0 eau) CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 11/24
2.5. Graphes des caractéristiques électriques durant les différentes phases de fonctionnement Relevés réalisés à l oscilloscope sur l injecteur n 2 montrant les différentes phases de fonctionnement suivantes : Injection pilote (ou pré injection) recharge du condensateur du BOOSTER Injection principale recharge du condensateur du BOOSTER Relevés effectués moteur tournant au ralenti : Nmoteur = 800 tr/min et avance à l injection principale, 5 vilebrequin. Relevé numéro 1 : Graphes de tension U1 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 7 68 6 58 5 48 4 8 28 2 1 8 Ampères 24 22,5 21 19,5 16,5 15 1,5 12 10,5 9 7,5 6 4,5 1,5-2 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5,0,5 4,0 ms 4,5 0 Relevé numéro 2 : Graphes de tension U2 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 7 68 6 58 5 48 4 8 28 2 1 8 Ampères 24 22,5 21 19,5 16,5 15 1,5 12 10,5 9 7,5 6 4,5 1,5-2 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5,0,5 4,0 ms 4,5 0 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 12/24
2.6. Graphes des caractéristiques électriques durant la phase de recharge du condensateur du BOOSTER Relevés effectués moteur tournant au ralenti : Nmoteur = 800 tr/min et avance à l injection principale, 5 vilebrequin. Relevé numéro : Graphes de la tension U1 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 7 68 6 58 5 48 4 8 28 2 1 8 Ampères 24 22,5 21 19,5 16,5 15 1,5 12 10,5 9 7,5 6 4,5 1,5-2 1,5 2,0 2,5,0,5 4,0 4,5 ms 5,0 0 Relevé numéro 4 : Graphes de tension U2 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 7 68 6 58 5 48 4 8 28 t 1 t 2 Ampères 24 22,5 21 19,5 16,5 15 1,5 12 10,5 9 2 1 8 t 0 7,5 6 4,5 1,5-2 2,0 2,5,0,5 4,0 4,5 ms 5,0 0 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 1/24
2.7. Graphes des caractéristiques électriques durant la phase d injection Relevés effectués moteur en phase de démarrage (sous démarreur) Relevé numéro 5 : Graphes de la tension U1 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 Ampères 24 7 22,5 68 21 6 19,5 58 5 16,5 48 15 4 1,5 8 12 10,5 28 9 2 1 t 0 t 1 t 4 t 5 7,5 6 4,5 8 1,5-2 2,0 2,5,0,5 4,0 4,5 5,0 ms 0 Relevé numéro 6 : Graphes de tension U2 et de l intensité du courant traversant l injecteur n 2 Volts 78 Ampères 24 7 22,5 68 21 6 19,5 58 5 16,5 48 15 4 1,5 8 12 10,5 28 9 2 7,5 1 8 t 2 t t 6 t 7 6 4,5 1,5-2 2,0 2,5,0,5 4,0 4,5 ms 5,0 0 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 14/24
2.8. La loi d injection de l injecteur La loi d injection permet de calculer la quantité de carburant injectée connaissant le temps de commande de l injecteur. Les temps de commande des injecteurs devant être très faibles, la pression d injection est diminuée lors des phases de fonctionnement qui nécessitent une quantité de carburant faible afin de pouvoir augmenter le temps de commande et compenser ainsi l influence du temps mort de l injecteur. 2.8.1. Graphe de la loi d injection en fonction de la pression de rampe commune Vinj. en mm /inj. 80 70 60 P : 100 bars 50 P : 600 bars 40 P : 400 bars 0 20 Tableau de valeurs de Vinj en fonction du temps de commande pour pression de rampe différentes Tcom en µs Pression en bars Pression en bars Pression en bars 400 600 100 150 0,0 0,0 0,0 400,0 5,0 1,0 600 5,0 1,0 1,2 800 12,0 2,1 40,8 1000 19,1 29,1 50,4 1200 2, 5,1 60,0 1400 27,5 41,1 69,6 Les cellules en grisée du tableau correspondent aux parties linéaires de chaque loi d injection en fonction de la pression de rampe commune. 10 0 0 100 200 00 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 100 1400 Tcom en µs 2.8.2. Loi d injection d un injecteur La loi d injection d injecteur dans sa partie linéaire suit la relation suivante : Vinj = Qv (Tcom Tm) Vinj : Quantité injectée durant une injection ; en mm /inj Qv : Débit volumique de l injecteur ; en mm /ms Tcom : Temps de commande de l injecteur ; en ms/inj Tm : Temps mort de l injecteur ; en ms/inj 2.8.. Evolution du débit volumique de l injecteur en fonction de la pression de rampe commune Qv en mm /ms Ces graphes sont donnés à titre 60 indicatif. 50 40 0 20 10 Qv théorique Qv réel Injecteur : 6 trous de diamètres 0,14 mm Qv théorique : est établi à partir de la relation suivante : Qv = S 2( p rampe p cyl ) ρ gazole Qv réel : Valeurs constructeur 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Pression rampe commune en bars CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 15/24
. Chaîne de mesure de la température de l air admis.1. Situation du capteur Le débitmètre d air (110) est situé entre le filtre à air et le turbo compresseur. Il est composé de deux capteurs distincts Masse d air admise (débitmètre massique), Température d air Branchement du capteur Nota : Une grille placée à l entrée du débitmètre redresse le flux d air pour éviter des turbulences. Capteur de masse d air d admise Situé entre le filtre à air et le turbocompresseur, ce capteur mesure la masse d air frais admis dans le moteur Il s agit d un capteur à film chaud. Il est constitué de deux plaques résistives très fines, la première étant une sonde de température d air ambiant, et la seconde une résistance de mesure du débit d air. L électronique du débitmètre fournit à la résistance de mesure le courant nécessaire pour la maintenir à une température fixe par rapport à la température de l air admis. La masse d air circulant dans le débitmètre refroidit la résistance de mesure (film chaud). La correction à apporter pour ramener la résistance de mesure à sa température initiale est proportionnelle à l abaissement de la température de la résistance, donc à la masse d air. Capteur de température d air Il informe le calculateur moteur de la température de l air admis dans le moteur. Il est constitué d une thermistance de type CTN.2. Organisation de la chaîne de mesure.2.1. Synoptique de la chaîne de mesure de la température 110 Affectation des voies du connecteur : voie 1 : information température d'air voie 2 : + 12 V (+ bat) voie : masse voie 4 : inutilisée voie 5 : information débit d'air voie 6 : masse U.référence stabilisée (5 V) U.Alim. Grandeurs d'influence U.Alim. Programme Tables T c mesurande Rth = f(t c) Capteur Rth Uth = f(rth) Uth Conditionneur de capteur passif Filtrage Uth = 0, ms filtrée Filtre analogique Num = f(uth) Num Convertisseur Analogique - Numérique Linéarisation calcul de T C T C = f(num lin.) Mémoire micro processeur T C calculée.2.2. Organisation structurelle de la chaîne de mesure Résistance de mesure Rth Signal Uth Capteur de température Alimentation Rm Filtre = 0, ms Calculateur U.bat Régulateur de tension ( 5 Volts ) Convertisseur Analogique Numérique ( 8 bits ) Masse commune Num vers microprocesseur Toutes les fonctions : - Alimentation stabilisée - Conditionnement du signal délivré par le capteur passif - Filtrage analogique. - Conversion Analogique Numérique - Linéarisation et calcul de la valeur numérique de T C Sont assurées par le calculateur d injection. La thermistance est le seul élément de la chaîne de mesure qui soit extérieur au calculateur. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 16/24
.2.. Caractéristiques de la thermistance Tableau de valeurs de la valeur de la résistance en fonction de la température Temp. en C Rth en k.ω -40 50.00-20 16.00 0 6.26 20 2.51 40 1.20 60 0.58 80 0.1 100 0. 120 0.107 Étendue de mesure : EM : -40 à 120 C Résistance nominale à 25 C : Rth nom. = 2000 Ω Graphe de Rth en fonction de T C 0 C -40-20 0 20 40 60 80 100 120 CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 17/24 kohms 50 40 0 20 10 Rth = f (température).. Convertisseur Analogique Numérique (CAN) Un Convertisseur Analogique Numérique (CAN) donne une image numérique d'un signal analogique. Cette image est non continue, elle évolue par pas de progression. La valeur de chaque pas de progression est fixée par le Convertisseur Analogique Numérique...1. Etendue de mesure EM L étendue de mesure définit la plage de tension qui peut être appliquée à l entrée V E du CAN Exemple : EM : 0 à 10 Volts EM : -10 Volts à + 10 Volts..2. Tension pleine échelle U PE U PE : Valeur de l étendue de tension qui peut être appliquée sur l entrée V E du CAN U PE = U max - U min... Résolution La résolution équivaut au pas de progression pour un CAN. Elle définit donc la valeur minimale de la tension d entrée qui incrémente la valeur numérique Num de 1. Résolution = U PE /(2 n -1) avec : n = nombre de bits du CAN Elle s exprime en Volts ou mv par LSB. LSB : Least Significant Bit : bit de poids faible, bit de rang 0..4. Erreur de quantification Rappel : Le CAN cesse la conversion lorsque la valeur de la tension de comparaison V AX est supérieure ou égale à la tension d entrée V E. Si à partir de la valeur numérique Num donnée par le CAN, on veut connaître la valeur de la tension V E que l on vient de mesurer, on peut dire que : (Num - 1) x Résolution < V E Num x Résolution Exemple : U min U max U PE 0 Volts 10 Volts 10 Volts -10 Volts 10 Volts 20 Volts Num x Résolution est la valeur calculée à partir de la valeur numérique donnée par le CAN : V can. Nous pouvons donc écrire : V can - Résolution < V E V can, ce qui peut se mettre sous la forme : VE = Vcan 0 Résolution L erreur de quantification définit donc l erreur systématique qui est commise du fait de la numérisation du signal. En pratique, les CAN utilisent un circuit spécifique qui permet de réduire par deux l erreur de quantification. La résolution reste la même mais la tolérance devient : VE = Vcan + Résolution/2..5. Précision d un CAN Chacun des circuits constitutifs, comme le comparateur, le CAN, les alimentations de référence, etc, possède sa propre précision. Généralement l erreur due à la précision des circuits constitutifs est de l ordre de 0,01 % de U PE Cette erreur s ajoute à l erreur de quantification due à la résolution. Précision = précision des composants + erreur de quantification Ces 2 erreurs sont généralement du même ordre de grandeur pour un CAN donné. La précision d un CAN peut être exprimée en % de U PE ou en % de LSB.
4. La dépollution des moteurs Diesel respectant la norme EURO 4 4.1. Synoptique du dispositif antipollution du moteur DV6 TED! POMPE HP 4.2. Ensemble catalyseur filtre à particules Réservoir d additif f a b c a : b : c : d : e : f : Catalyseur d oxydation. Bride d assemblage. Filtre à particules. Grille de protection. Fixation capteur de température. Tuyau du capteur pression différentielle. e d 4.2.1. Catalyseur Le catalyseur d oxydation, se limite à l oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HO) pour les transformer en gaz carbonique et vapeur d eau. Constitution d un catalyseur d oxydation une enveloppe en acier inoxydable un isolant thermique un monolithe céramique en nid d abeille imprégné de métaux précieux (platine ) Le catalyseur permet une augmentation de la température des gaz d échappement, par post-combustion des hydrocarbures imbrûlés (HC) issus de la post-injection. La transformation chimique à l intérieur du catalyseur augmente pendant la phase de post-injection avec l accroissement des hydrocarbures imbrûlés (HC), cette post-combustion des HC engendre une augmentation de la température des gaz d échappement (combustion catalytique). Elle est contrôlée par la sonde de température aval (T C). Une première série de post-injections va amener progressivement le catalyseur à son seuil de conversion maximal (environ 98% à partir de 10 /150 C). Au-delà de ce seuil la température des gaz d échappement continue d augmenter et les hydrocarbures sont détruits dans leur presque totalité. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n /24
4.2.2. Filtre à particules Le filtre à particules est une structure poreuse comprenant des canaux organisés de façon à forcer les gaz d échappement à traverser les parois. Il est intégré à la ligne d échappement, en aval du catalyseur. Constitué de carbure de silicium, cette structure se caractérise par : une très grande efficacité en filtration (seuil de 0,1 micron), une perte de charge réduite, une très bonne résistance aux contraintes thermiques, mécaniques et chimiques, une grande capacité de rétention des particules qui limite la fréquence des régénérations. Description b ésidus issus de l usure du moteur et de l huile. Principalement composées de carbone et d hydrocarbures, ces particules fixées sur le filtre à particules brûlent en présence d oxygène à une température de 550 C (régénération naturelle ou avec aide par post-injection). L accumulation des particules au cours du fonctionnement moteur entraîne un colmatage progressif du filtre à particules. Attention : Un remplacement ou un nettoyage du filtre à particules doit être effectué tous les 120 000 km (afin d éliminer les composants retenus dans le filtre). 4.2.. Capteur température aval catalyseur (14) Ce capteur informe le calculateur d injection de la température en aval du catalyseur, ce qui permet de connaître l augmentation de température provoquée par la combustion catalytique. Ce capteur est implanté entre le catalyseur et le filtre. 4.2.4. Capteur de pression différentielle (141) Le capteur de pression différentielle mesure en permanence la différence de pression entre l entrée et la sortie de l ensemble catalyseur/filtre à particules. Cette mesure permet : de déterminer l état du filtre (niveau d encrassement), de détecter les problèmes d encrassement ou de détérioration du filtre. 4.. Additivation carburant Pour abaisser le seuil de régénération, le carburant est additivé par de l Eolys, composé à base de cérine, qui abaisse la température de combustion des particules, de 550 C à 450 C. La cérine est mise en oeuvre en une solution organique stockée dans un réservoir additionnel, placé à proximité du réservoir à carburant. Afin d injecter une quantité d additif proportionnelle au volume de carburant introduit, un système d additivation a été développé. Le système se compose des éléments suivants : a e f a b d un dispositif de puisage avec détection de niveau mini sur le réservoir d additif, d un système d injection d additif dans le réservoir à carburant, d un calculateur spécifique gérant la fonction additivation. Rôle de l additif : abaisser la température de combustion des particules à 450 C (au lieu de 550 C), imprégner les particules en formation dans la chambre de combustion, propager la combustion des particules. L additif : Additif EOLYS (fournisseur»rhodia»). Composition : cérine : 4,2% en masse (DP X42) catalyseur : Couleur brune, c d SDI017D a : Particules. b : Cérine. c : Parois en céramique poreuse. d : Gaz échappement filtrés. e : Enveloppe en acier inoxydable f : Isolant thermique Composants retenus dans le filtre : particules de carbone Ces particules seront collectées puis brûlées, soit par régénération naturelle soit par régénération artificielle. Cérine La cérine est une matière inorganique qui ne brûle pas, elle forme des dépôts solides retenus par le filtre. produit solvant : (hydrocarbure combustible). CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 19/24
4.4. Gestion d aide à la régénération La régénération consiste à brûler périodiquement les particules accumulées sur le filtre et de permettre ainsi son maintien en zone régénérée ou intermédiaire (en zone «b» ou «c», voir graphe page 21). 4.4.1. Rôle Gérer les demandes de la fonction surveillance. Activer les fonctions nécessaires à la régénération, en fonction des états de la surveillance. Déterminer le niveau d aide à la régénération nécessaire. Contrôler les incidences de la post-injection sur le fonctionnement moteur. La régénération du filtre dépend de la température des gaz d échappement qui doit se situer au-delà du seuil de combustion des suies. Deux techniques existent pour y parvenir : régénération naturelle, régénération artificielle (aide à la régénération). 4.4.2. Régénération naturelle. Lorsque la température de l échappement atteint d elle-même le seuil de régénération (forte charge moteur) ; les particules brûlent naturellement dans le filtre à particules. Aucune action extérieure n est effectuée pour entraîner la régénération. Les conditions de roulage influent directement sur la température des gaz d échappement, et en conséquence sur la température interne du filtre. 4.4.. Régénération artificielle (aide à la régénération). L aide à la régénération est un ensemble de dispositions gérées par le calculateur d injection, ayant pour but d augmenter la température des gaz d échappement jusqu au seuil de régénération. 889: <89: ;89: 78 9: $%&'(&)*+', )!%-'$ $%&'(&)&%+%%&''(&.. )*'&(.* &).!'))/ $%&'(&)*+','&0**1$2(*''.4().' *5 $%&'(&)*+','&0*$2(*)'*..)&).' *156'(+$').'-'&+$(& $%&'(&)*+',*'*') 1799: 6799: 6=99: 4.5. Surveillance du niveau de charge du filtre à particules 4.5.1. Rôle déterminer l état du filtre à particules (niveau d encrassement) demander l activation de la fonction d aide à la régénération, lorsque nécessaire s assurer de l efficacité de la fonction d aide à la régénération 4.5.2. Conditions d activation de l aide à la régénération (par la fonction surveillance) Paramètres pouvant activer l aide à la régénération : pression différentielle kilométrage parcouru entre chaque régénération Pression différentielle Le paramètre pression différentielle permet d activer l aide à la régénération indépendamment de l information kilométrage. Lorsque c est cette condition qui détermine l activation de l aide à la régénération, il faut pour arrêter l aide qu un temps de post-injection effectif se soit écoulé (il permet la combustion complète des suies, en fonctionnement normal). La balise de temps de post-injection permet : d éviter un temps de post-injection trop long (dégradation moteur, dilution de l huile moteur) de limiter la consommation en carburant CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 20/24
Kilométrage parcouru entre chaque régénération Le paramètre kilométrage permet : d activer l aide à la régénération indépendamment de l information pression différentielle de limiter la masse de suies à brûler dans le filtre, en cas de défaillance de l information pression différentielle J H : kilométrage parcouru par le filtre à particules (km). J : fréquence de régénération (km). NOTA : Une quantité de particules à brûler trop importante, engendre une élévation de température excessive pouvant détériorer le filtre à particules. Si la moyenne kilométrique des 5 dernières régénérations est inférieure à un seuil de 240 km (150 miles), le calculateur d injection passe en stratégie kilométrique. Le kilométrage parcouru depuis la dernière régénération est comptabilisé par le calculateur d injection moteur, qui active l aide à la régénération lorsque ce compteur atteint un seuil «J» H Ce seuil, ou fréquence de régénération, est fonction du kilométrage total effectué par le filtre à particules. La fréquence de régénération doit être augmentée pour tenir compte de la baisse de capacité du filtre à particules (consommation/quantité de cérine accumulée). 4.5.. Détermination du niveau de charge du filtre à particules La quantité de particules présente dans le filtre fait varier sa perte de charge (pression différentielle entrée / sortie). Cette valeur mesurée en permanence, représente le niveau de charge du filtre à particules. Les cartographies du calculateur d injection intègrent 6 niveaux de fonctionnement déterminés par des courbes, à partir du calcul du débit volumique des gaz d échappement. Le débit volumique des gaz d échappement est calculé principalement à partir des paramètres suivants : pression différentielle, débit d air à l admission, pression atmosphérique, température gaz d échappement (en aval du catalyseur). 4.5.4. Niveaux de charge du filtre à particules 900 mbar Pression différentielle en mbar f e d c Nota : Les zones «a» et «f» sont des zones où la pression différentielle est anormale. b a Débit volumique des gaz d échappement en l/h Les zones de «a» à «f» représentent les niveaux d encrassement possible du filtre à particules. L objectif du calculateur d injection est d être en permanence à l état «b» ou «c» (quel que soit le kilométrage véhicule). Lorsque l on sort de la zone «c» pour aller vers la zone «d» (plus ou moins vite en fonction des conditions de roulage). Le calculateur d injection effectue une demande d aide à la régénération pour revenir en zone «b» ou éventuellement «c» (suivant les conditions de roulage). Le calculateur d injection demande l activation de la fonction d aide à la régénération dans les cas suivants : niveau de charge du filtre passant de la zone «c» à «d», niveau de charge du filtre en zone «e» ou «f», niveau de charge du filtre en zone «c» et conditions de roulage favorables à la régénération (vitesse moyenne supérieure à 70 km/h) Filtre surchargé zone «e» Le calculateur d injection passe dans l état filtre surchargé, lorsque dans certaines conditions de roulage la régénération a échoué. Il s agit d un état d alerte. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 21/24 a : b : c : d : e : f : Filtre percé Filtre régénéré Zone intermédiaire Filtre chargé Filtre surchargé Filtre colmaté
Filtre colmaté zone «f» La pression différentielle est supérieure à 900 mbar en permanence (contre-pression maximale admissible par le moteur), ou supérieure à un seuil fonction du débit volumique. Causes possibles du défaut : aide à la régénération inefficace, filtre colmaté par la cérine, information erronée du capteur de pression différentielle. Le calculateur d injection interrompt toute demande d aide à la régénération et signale un défaut. Filtre percé zone «a» La pression différentielle est inférieure à un seuil, fonction du débit volumique. Causes possibles du défaut : information erronée du capteur de pression différentielle défaut d étanchéité de la ligne d échappement, tuyaux information amont/aval filtre réellement percé Le calculateur d injection interrompt toute demande d aide à la régénération et signale un défaut. Nota : Le défaut «filtre percé» peut être dû à un excès de température lors d une régénération, car la masse de particules brûlées a été trop importante. 4.6. Effets de l activation de l aide à la régénération 4.6.1. Interdiction de régulation de recyclage des gaz d échappement (EGR) A chaque activation de l aide à la régénération, le calculateur d injection interdit la régulation de recyclage des gaz échappement (EGR) : vanne de recyclage des gaz d échappement fermée (évitant tout phénomène de pompage), boîtier papillon ouvert (sauf si la fermeture est demandée pour forcer le passage de l air dans le réchauffeur). 4.6.2. Activation de consommateurs électriques Rôle : augmenter le couple résistant de l alternateur, entraînant une augmentation de la charge moteur, faciliter la montée en température des gaz d échappement, placer rapidement le point de fonctionnement moteur dans des conditions permettant une post-injection efficace. Fonctionnement Le calculateur d injection demande au BSI l activation de consommateurs absorbant une puissance élevée (demande de saturation de l alternateur). Chronologie d activation des consommateurs par le BSI (*) : commande lunette arrière chauffante, demande de forçage du motoventilateur en petite vitesse, commande du motoventilateur en moyenne vitesse, demande de forçage bougies de pré-postchauffage. (*) permises par le niveau de délestage du véhicule (tant que la tension batterie est supérieure à 12,8 volts). 4.6.. Réchauffage de l air d admission Le réchauffage de l air d admission permet les opérations suivantes : faciliter la montée en température des gaz d échappement, placer rapidement le point de fonctionnement moteur dans des conditions permettant une post-injection efficace. Nota : La température d air en entrée moteur doit être comprise entre 40 C et 70 C pour permettre une post-combustion efficace. 4.6.4. Post-injection Le catalyseur, implanté en amont du filtre à particules, est un catalyseur d oxydation. En présence d hydrocarbures imbrûlés (HC), le rendement thermique du catalyseur augmente. La température des gaz d échappement augmente. Lors de la post-injection : le carburant est injecté après le Point Mort Haut (20 C à 120 C vilebrequin), la température de la ligne d échappement s élève progressivement jusqu au seuil de régénération. Une fois le seuil de régénération atteint, la post-injection est maintenue jusqu à l élimination complète des particules polluantes. Le débit et le temps de post-injection sont déterminés par des cartographies tenant compte des conditions de fonctionnement moteur. CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 22/24
Evolution des paramètres durant la phase de régénération. Pression Température M L1 L2 E1 SDI044P Réduction du débit d injection principale K E1 : K : L1 : L2 : M : Courbe de pression différentielle (mbar) Temps (s) Température gaz d échappement (en aval du catalyseur) ( C) Température gaz d échappement (en amont du catalyseur) ( C) (donnée à titre comparatif, non mesurée par le calculateur) Commande de post-injection Fonctionnement avec post-injection : la température en amont du catalyseur est inférieure à la température en aval du catalyseur. Fonctionnement sans post-injection : la température en amont du catalyseur est supérieure à la température en aval du catalyseur (en vitesse stabilisée). Incidences sur le fonctionnement moteur À régime et charge constants, la post-injection entraîne une augmentation du couple moteur. Pour conserver le même agrément de conduite et éviter des à-coups moteur lors de la post-injection, le logiciel du calculateur d injection intègre les stratégies suivantes : réduction du débit d injection principale, régulation de la pression de suralimentation. N j k l n K : N : j : k : l : m : n : Temps (s) Pression cylindre (bar) Préinjection Injection principale Post-injection Réduction du temps d injection principale Réduction de pression cylindre m SDI045D K La réduction du débit d injection principale permet d annuler le surcroît de couple dû à la post-injection. 4.6.5. Régulation de la pression de suralimentation Pour rester à même couple moteur pendant l aide à la régénération, la pression de suralimentation est régulée. 4.7. Recyclage des gaz d échappement Le recyclage des gaz d échappement permet de réduire les émissions de NOx sans provoquer une augmentation substantielle des émissions de suie. Le mode de recyclage en charge partielle consiste à envoyer une partie des gaz d échappement dans le collecteur d admission. Cette fonction est concrétisée par une réduction du taux d oxygène, de la vitesse de combustion, de la température de point dans le front de flamme et, par conséquent, des émissions de NOx. Par contre, si la quantité de gaz d échappement recyclé est trop importante (pourcentage supérieur à 40%), les émissions de suie, de CO et de Hc, ainsi que la consommation, augmentent en raison du déficit d oxygène. La régulation par le calculateur est réalisée par mesure de la masse d air frais admise en comparaison avec une valeur de consigne de masse d air spécifique de chaque point de fonctionnement. Détermination du taux de recyclage calculé par le calculateur Taux de recyclage Taux = (Masse d air théorique Masse d air admise) x 100 Masse d air théorique Masse d air théorique Le calculateur construit la masse d air théorique à partir des paramètres suivants : Cylindrée unitaire Régime de rotation moteur ; (11) (pour connaître le rendement volumétrique du moteur) Pression d admission (112) Température d admission (1240) En pratique, la masse d air théorique correspond à la masse d air admise + la masse de gaz d échappement recyclée. Masse d air admise Elle est mesurée par le débitmètre d air (110) CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 2/24
5. Extrait de normalisation hydraulique Conduite de travail Alimentation retour Conduite de pilotage Conduite d évacuation des fuites Raccordement de conduites Principaux symboles hydrauliques Conduites raccordement Accumulateurs Sources d énergie - clapets Source de pression (cas général Source de pression hydraulique Clapet de non retour avec ressort Croisement de conduite Réservoir à l air Conduite débouchant au dessus du fluide Conduite débouchant au dessous du fluide Accumulateur Prise bouchée CAPET/ CAFEP Génie mécanique maintenance des véhicules, machines agricoles et engins de chantier Dossier technique page n 24/24