Comment fonctionnent les systèmes d'injection de carburant

En essayant de suivre les lois sur les émissions et l'efficacité énergétique, le système d'alimentation en carburant utilisé dans les voitures modernes a beaucoup changé au fil des ans. La Subaru Justy de 1990 était la dernière voiture vendue aux États-Unis à avoir un carburateur; l'année modèle suivante, la Justy avait une injection de carburant. 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. Désormais, toutes les voitures vendues aux États-Unis sont équipées de systèmes d'injection de carburant..

Dans cet article, nous allons apprendre comment le carburant pénètre dans le cylindre du moteur et ce que signifient des termes tels que «injection de carburant multi-ports» et «injection de carburant dans le corps de papillon»..

-Pendant la plus grande partie de l'existence du moteur à combustion interne, le carburateur a été le dispositif qui a fourni du carburant au moteur. Sur de nombreuses autres machines, telles que les tondeuses à gazon et les tronçonneuses, c'est toujours le cas. Mais à mesure que l'automobile évoluait, le carburateur devenait de plus en plus compliqué en essayant de gérer toutes les exigences de fonctionnement. Par exemple, pour gérer certaines de ces tâches, les carburateurs avaient cinq circuits différents:

• Circuit principal - Fournit juste assez de carburant pour une croisière économe en carburant
• Circuit de ralenti - Fournit juste assez de carburant pour maintenir le moteur au ralenti
• Pompe d'accélérateur - Fournit une explosion supplémentaire de carburant lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée pour la première fois, ce qui réduit l'hésitation avant que le moteur ne accélère
• Circuit d'enrichissement de puissance - Fournit du carburant supplémentaire lorsque la voiture monte une colline ou tracte une remorque
• Étranglement - Fournit du carburant supplémentaire lorsque le moteur est froid pour qu'il démarre

Afin de répondre à des exigences d'émissions plus strictes, des pots catalytiques ont été introduits. Un contrôle très minutieux du rapport air / carburant était nécessaire pour que le convertisseur catalytique soit efficace. Les capteurs d'oxygène surveillent la quantité d'oxygène dans l'échappement et le calculateur moteur (ECU) utilise ces informations pour ajuster le rapport air / carburant en temps réel. C'est appelé contrôle en boucle fermée -- il n'était pas possible d'obtenir ce contrôle avec des 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 glucides électriques étaient encore plus compliqués que les purement mécaniques..

Au début, les carburateurs ont été remplacés par systèmes d'injection de carburant de corps de papillon (aussi connu sous le nom point unique ou injection centrale de carburant systèmes) qui incorporaient des soupapes d'injecteur de carburant à commande électrique dans le corps de papillon. Il s'agissait presque d'un remplacement boulonné pour le carburateur, de sorte que les constructeurs automobiles n'ont pas eu à modifier radicalement la conception de leurs moteurs..

Au fur et à mesure de la conception de nouveaux moteurs, l'injection de carburant du corps de papillon a été remplacée par injection de carburant multiport (aussi connu sous le nom Port, multipoint ou séquentiel injection de carburant). Ces systèmes ont un injecteur de carburant pour chaque cylindre, généralement situé de manière à pulvériser directement au niveau de la soupape d'admission. Ces systèmes fournissent un dosage de carburant plus précis et une réponse plus rapide.

La pédale d'accélérateur de votre voiture est connectée au la soupape d'étranglement -- c'est la valve qui régule la quantité d'air entrant dans le moteur. Donc la pédale d'accélérateur est vraiment 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 commande 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 plus d'air entrant dans le moteur. Il est important d'augmenter le taux de carburant dès que le papillon des gaz s'ouvre; sinon, lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée pour la première fois, il peut y avoir une hésitation car de l'air atteint les cylindres sans suffisamment de carburant.

Des capteurs surveillent la masse d'air entrant dans le moteur, ainsi que la quantité d'oxygène dans l'échappement. L'ECU utilise ces informations pour affiner la livraison de carburant afin que le rapport air / carburant soit juste.

-Un injecteur de carburant n'est rien d'autre qu'une valve à commande électronique. Il est alimenté en carburant 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.

À l'intérieur d'un injecteur de carburant

Lorsque l'injecteur est sous tension, un électroaimant déplace un piston qui ouvre la soupape, permettant au carburant sous pression de jaillir à travers une minuscule buse. La buse est conçue pour atomiser le carburant - pour faire un brouillard aussi fin que possible afin qu'il puisse brûler facilement.

Un tir d'injecteur de carburant

La quantité de carburant fournie au moteur est déterminée par la durée pendant laquelle l'injecteur de carburant reste ouvert. C'est ce qu'on appelle le largeur d'impulsion, et il est contrôlé par l'ECU.

Injecteurs de carburant montés dans le collecteur d'admission du moteur

Les injecteurs sont montés dans le collecteur d'admission de sorte qu'ils pulvérisent du carburant directement au niveau des soupapes d'admission. Un tuyau appelé le rampe de carburant fournit du carburant sous pression à tous les injecteurs.

Sur cette image, vous pouvez voir trois des injecteurs. La rampe d'injection est le tuyau à gauche.

Afin de fournir la bonne quantité de carburant, le calculateur moteur est équipé de tout un tas de capteurs. Jetons un coup d'œil à certains d'entre eux.

-Afin de fournir la bonne quantité de carburant pour chaque condition de fonctionnement, l'unité de commande e-ngine (ECU) doit surveiller un grand nombre de capteurs d'entrée. En voici quelques-uns:

• Capteur de débit massique d'air - Indique à l'ECU la masse d'air entrant dans le moteur
• Capteur (s) d'oxygène - Surveille la quantité d'oxygène dans l'échappement afin que l'ECU puisse déterminer la richesse ou la pauvreté du mélange de carburant et effectuer les ajustements en conséquence
• Capteur de position du papillon - Surveille la position du papillon des gaz (qui détermine la quantité d'air entrant dans le moteur) afin que l'ECU puisse répondre rapidement aux changements, en augmentant ou en diminuant le taux de carburant si nécessaire
• Capteur de température de liquide de refroidissement - Permet à l'ECU 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 l'ECU puisse augmenter le régime de ralenti si la tension baisse (ce qui indiquerait une charge électrique élevée)
• Capteur de pression absolue - Surveille la pression de l'air dans le collecteur d'admission
• La quantité d'air aspirée dans le moteur est une bonne indication de la puissance qu'il produit; et plus il y a d'air dans le moteur, plus la pression du collecteur est basse, donc cette lecture est utilisée pour mesurer la puissance produite.
• Capteur de régime moteur - Surveille la vitesse du moteur, qui est l'un des facteurs utilisés pour calculer la largeur d'impulsion

Il existe deux principaux types de contrôle pour multi-port systèmes: les injecteurs de carburant peuvent tous s'ouvrir en même temps, ou chacun peut s'ouvrir juste avant l'ouverture de la soupape d'admission de son cylindre (c'est ce qu'on appelle injection de carburant séquentielle multiport).

L'avantage de l'injection séquentielle de carburant 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 qu'à attendre que la prochaine soupape d'admission s'ouvre, au lieu de la prochaine complète. révolution du moteur.

-Les algorithmes qui contrôlent le moteur sont assez compliqués. Le logiciel doit permettre à la voiture de satisfaire aux exigences d'émissions sur 100 000 miles, de respecter les exigences d'économie de carburant de l'EPA et de protéger les moteurs contre les abus. Et il y a des dizaines d'autres exigences à remplir également.

L'unité de commande 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. Beaucoup de ces facteurs proviendront des tables de consultation. Nous allons procéder à un calcul simplifié du largeur d'impulsion d'injecteur de carburant. Dans cet exemple, notre équation n'aura que trois facteurs, alors qu'un système de contrôle réel pourrait en avoir une centaine ou plus.

Afin de calculer la largeur d'impulsion, l'ECU recherche d'abord le largeur d'impulsion de base dans une table de consultation. La largeur d'impulsion de base est fonction de la vitesse du moteur (RPM) et charge (qui peut être calculée à partir de la pression absolue du collecteur). Disons que le régime du moteur est de 2000 tr / min et la charge est de 4. Nous trouvons le nombre à l'intersection de 2000 et 4, soit 8 millisecondes.

Dans les exemples suivants, UNE et B sont des paramètres qui proviennent des capteurs. Disons que UNE est la température du liquide de refroidissement et B est le niveau d'oxygène. Si la température du liquide de refroidissement est égale à 100 et le niveau d'oxygène est égal à 3, les tables de consultation nous indiquent que le facteur A = 0,8 et le facteur B = 1,0.

Donc, puisque nous savons que largeur d'impulsion de base est fonction de la charge et du régime, et que largeur d'impulsion = (largeur d'impulsion de base) x (facteur A) x (facteur B), la largeur d'impulsion globale dans notre exemple est égale à:

À partir de cet exemple, vous pouvez voir comment le système de contrôle effectue les ajustements. Avec le paramètre B comme niveau d'oxygène dans l'échappement, la table de recherche pour B est le point auquel il y a (selon les concepteurs de moteurs) trop d'oxygène dans l'échappement; et en conséquence, l'ECU réduit le carburant.

Les systèmes de contrôle réels peuvent avoir plus de 100 paramètres, chacun avec sa propre table de consultation. Certains des paramètres changent même au fil du temps afin de compenser les changements de performance des composants du moteur comme le convertisseur catalytique. Et en fonction de la vitesse du moteur, l'ECU peut avoir à faire ces calculs plus de cent fois par seconde.

Puces de performance
Cela nous amène à notre discussion sur les puces de performance. Maintenant que nous comprenons un peu le fonctionnement des algorithmes de contrôle dans 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 sociétés du marché secondaire et sont utilisées pour augmenter la puissance du moteur. Il y a une puce dans l'ECU qui contient toutes les tables de consultation; la puce de performance remplace cette puce. Les tableaux de la puce de performance contiendront des valeurs qui entraînent des taux de carburant plus élevés dans certaines conditions de conduite. Par exemple, ils peuvent fournir plus de carburant à plein régime à chaque régime moteur. Ils peuvent également modifier la synchronisation de l'allumage (il existe également des tables de recherche pour cela). Étant donné que les fabricants de puces de performance ne sont pas aussi préoccupés par les problèmes de fiabilité, de kilométrage et de contrôle des émissions que les constructeurs automobiles, ils utilisent des paramètres plus agressifs dans les cartes de carburant de leurs puces de performance..

Pour plus d'informations sur les systèmes d'injection de carburant et d'autres sujets concernant l'automobile, consultez les liens sur la page suivante.

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