Comment fonctionne l'injection électronique de carburant ?

Je m'imagine parfois en vieil homme, assis devant ma future maison, surplombant légèrement la grange où se trouve ma collection de voitures. J'imagine avoir des petits-enfants et quand mes petits-enfants commettront inévitablement l'erreur fatale de me demander : « Grand-père, à quoi ressemblaient les voitures à combustion interne ? »

Je répondrais : « Assieds-toi, petit, laisse-moi te raconter une histoire meilleure que tout ce que Disney ou Pixar ne pourraient jamais massacrer. Aujourd'hui, cher lecteur, tu as le sort malheureux de jouer le rôle de mes petits-enfants.

J'aime les voitures, depuis toujours. Je crois qu'elles font partie des plus grandes inventions de l'humanité. Je crois aussi que la partie la plus impressionnante du véhicule pour la plupart des gens est le moteur à combustion interne. Nous les connaissons tous – des moteurs monocylindres de moto comme le Yamaha Aerox au W16 de la Bugatti Tourbillon – ils sont « en substance » tous les mêmes, certains plus simples, d’autres plus complexes, mais au fond, ils sont tous les mêmes – il y a un cylindre, à l’intérieur de ce cylindre se trouve un piston, le piston est relié à une tige, astucieusement appelée « bielle » qui est reliée à un arbre qui tourne, encore une fois spirituellement appelé « vilebrequin » qui transfère le mouvement de haut en bas du piston en un mouvement de rotation qui fait tourner la voiture. C’est le moteur à piston – développé par de nombreuses personnes mais breveté par Nicolaus August Otto. Après plusieurs années de développement, le moteur à piston à combustion interne à quatre temps est né. C’est la version la plus courante que vous verrez dans les véhicules modernes. Afin de comprendre le concept de l’injection électronique de carburant, vous devez d’abord connaître les quatre temps de la combustion interne.

Ce sont :
- Admission (le piston descend, il aspire le mélange air/carburant. Les soupapes d'admission le laissent passer)
- Compression (le piston monte, il comprime le mélange combustible, les deux soupapes sont fermées pour créer de la pression)
- Puissance (la bougie d'allumage enflamme ce mélange, forçant le piston à descendre)
- Échappement (le piston est toujours en bas, les soupapes d'échappement s'ouvrent et le mélange brûlé s'évacue de la chambre de compression)
 

Ce cycle simple, mais brillant, se répète plusieurs fois et, selon la configuration du moteur, différents pistons sont toujours dans des états différents, ce qui provoque un mouvement constant du vilebrequin. Il existe un terme familier et effronté pour le cycle de combustion à quatre temps appelé « SUCK, SQUISH, BANG, BLOW », qui est plus facile à retenir. Injection deux types d'injection – l'injection par orifice consiste à pulvériser le carburant sur la face arrière de la soupape et à le mélanger à l'air entrant avant qu'il n'atteigne la chambre de combustion, mais de nos jours, ces types d'injection ont pratiquement disparu. De nos jours, les constructeurs préfèrent l'injection directe, où le carburant est pulvérisé directement dans la chambre. Cela permet un contrôle beaucoup plus précis du mélange de carburant, une pression plus élevée pour une meilleure atomisation du carburant et est généralement beaucoup plus efficace. Vous trouverez ci-dessous le graphique des différentes positions des pistons ainsi qu'un exemple d'injection directe par rapport à l'injection port. Cependant, vous souhaitez placer ces pistons - 90 °, 60 °, 180 ° ou n'importe quoi entre les deux - c'est ainsi que tout fonctionne dans un moteur à pistons à quatre temps avec le nombre de cylindres que vous souhaitez mettre.

 Il existe également des moteurs rotatifs Wankel, du nom de son créateur - Felix Heinrich Wankel. M. Wankel était un pionnier mais ce qu'il a créé n'était pas vraiment bon. Je sais qu'il y a beaucoup de fanboys de RX-7 et RX-8 qui ne jurent que par leur moteur rotatif, mais ce ne sont que des moteurs très exigeants en entretien, de courte durée, inefficaces et à moins qu'ils ne soient turbocompressés en dessous de 5000 tr/min. Désolé, les gars de Mazda. Quoi qu'il en soit, Mazda n'était pas le seul fabricant à adopter le moteur rotatif. NSU a essayé le RO-80, conçu par Klaus Luthe. Le moteur à 3,5 temps, comme j'aime l'appeler, repose sur un objet de forme triangulaire, tournant dans un boîtier en forme de Minion avec trois ports. J'espère que le graphique ci-dessous explique. Si vous avez besoin de détails sur l'EFI en rotatif, écrivez-moi un e-mail et je ferai un article de blog, mais juste pour vous.

Aucune histoire sur le moteur à combustion interne ne vaudra jamais son pesant d'or si vous n'y mettez pas la phrase suivante : Les moteurs à combustion interne (ICE) ne sont rien de plus qu'une pompe à air. Voilà, je l'ai dit. Je crois que l'auteur de cette déclaration emblématique est A. Graham Bell, il est l'homme responsable d'une grande partie de mon éducation. J'ai la plupart de ses livres et je vais en énumérer la plupart ci-dessous. Revenons maintenant à l'histoire...

Dès les années 1950, des gens beaucoup plus intelligents que moi ont commencé à se rendre compte que les carburateurs étaient absolument inutiles. Ils ont alors commencé à jouer avec les injections mécaniques, la première du genre étant la Mercedes-Benz 300SL. Plus tard, vers les années 1970, les gens ont commencé à créer une technologie informatique plus complexe qui permettait un contrôle beaucoup plus précis du mélange air/carburant. C'est à ce moment-là que l'injection électronique de carburant est devenue une chose. Elle a décollé parce que les voitures étaient beaucoup plus efficaces, elles sont devenues aussi efficaces au niveau de la mer que dans les Andes et une nouvelle norme a été créée. Avancez de quelques années et commençons à parler de l'EFI.

Je vais maintenant vous en dire plus sur les composants et les fonctionnalités des systèmes EFI.

Pourquoi ai-je perdu 8 minutes de votre temps à vous raconter ce qui précède ? – Pour comprendre l'EFI, nous devons savoir qu'il y a 4 choses à contrôler selon les quatre cycles : nous devons savoir quelle quantité d'air entre dans le moteur pour contrôler la course d'aspiration, nous devons savoir quand pulvériser le carburant, nous devons savoir quand enflammer le mélange et nous devons savoir quand ouvrir et fermer les soupapes. C'est ce qu'en termes d'ingénierie on appelle le minutage. Les gens intelligents ne proposent pas de noms innovants, ce que font leurs inventions est généralement ce qui est écrit sur la boîte. Maintenant, le minutage fait généralement référence au travail des soupapes : quand les soupapes s'ouvrent et quand elles se ferment, à la fois l'admission et l'échappement. À ce stade, nous avons un autre terme d'ingénierie dont nous devons discuter. Il s'agit de la position du piston numéro un (quel que soit le numéro un dans la configuration). Là, nous devons trouver le point mort haut (PMH). Le PMH est le point le plus haut que le piston atteindra dans le cylindre. Tout dans les moteurs à combustion interne modernes est mesuré à partir de là : la position des arbres à cames qui ouvrent les soupapes, l'allumage de la bougie, la pulvérisation des injecteurs, etc. Aujourd'hui, nous disposons de plusieurs méthodes pour mesurer le PMH. En général, cela se fait par la méthode dite de la « dent manquante », une méthode simple mais extrêmement efficace qui permet d'avoir une plaque sur le vilebrequin à l'extérieur du bloc moteur qui a des dents (imaginez un pignon) mais dont l'une de ces dents est manquante. Le pignon de calage du positionnement du vilebrequin est claveté sur le vilebrequin, ce qui signifie qu'il ne peut être monté que d'une seule manière. Cela garantit que vous ne pouvez pas vous tromper avec lui. Ainsi, ce pignon a de nombreuses dents mais il en manque une. Une fois que celle-ci est manquante, les fabricants placent un capteur électromagnétique (de type Hall, d'après son inventeur) à proximité du pignon
 

 Il existe également des moteurs rotatifs Wankel, du nom de son créateur - Felix Heinrich Wankel. M. Wankel était un pionnier mais ce qu'il a créé n'était pas vraiment bon. Je sais qu'il y a beaucoup de fanboys de RX-7 et RX-8 qui ne jurent que par leur moteur rotatif, mais ce ne sont que des moteurs très exigeants en entretien, de courte durée, inefficaces et à moins qu'ils ne soient turbocompressés en dessous de 5000 tr/min. Désolé, les gars de Mazda. Quoi qu'il en soit, Mazda n'était pas le seul fabricant à adopter le moteur rotatif. NSU a essayé le RO-80, conçu par Klaus Luthe. Le moteur à 3,5 temps, comme j'aime l'appeler, repose sur un objet de forme triangulaire, tournant dans un boîtier en forme de Minion avec trois ports. J'espère que le graphique ci-dessous explique. Si vous avez besoin de détails sur l'EFI en rotatif, écrivez-moi un e-mail et je ferai un article de blog, mais juste pour vous.

Aucune histoire sur le moteur à combustion interne ne vaudra jamais son pesant d'or si vous n'y mettez pas la phrase suivante : Les moteurs à combustion interne (ICE) ne sont rien de plus qu'une pompe à air. Voilà, je l'ai dit. Je crois que l'auteur de cette déclaration emblématique est A. Graham Bell, il est l'homme responsable d'une grande partie de mon éducation. J'ai la plupart de ses livres et je vais en énumérer la plupart ci-dessous. Revenons maintenant à l'histoire...

Dès les années 1950, des gens beaucoup plus intelligents que moi ont commencé à se rendre compte que les carburateurs étaient absolument inutiles. Ils ont alors commencé à jouer avec les injections mécaniques, la première du genre étant la Mercedes-Benz 300SL. Plus tard, vers les années 1970, les gens ont commencé à créer une technologie informatique plus complexe qui permettait un contrôle beaucoup plus précis du mélange air/carburant. C'est à ce moment-là que l'injection électronique de carburant est devenue une chose. Elle a décollé parce que les voitures étaient beaucoup plus efficaces, elles sont devenues aussi efficaces au niveau de la mer que dans les Andes et une nouvelle norme a été créée. Avancez de quelques années et commençons à parler de l'EFI.

Je vais maintenant vous en dire plus sur les composants et les fonctionnalités des systèmes EFI.

Pourquoi ai-je perdu 8 minutes de votre temps à vous raconter ce qui précède ? – Pour comprendre l'EFI, nous devons savoir qu'il y a 4 choses à contrôler selon les quatre cycles : nous devons savoir quelle quantité d'air entre dans le moteur pour contrôler la course d'aspiration, nous devons savoir quand pulvériser le carburant, nous devons savoir quand enflammer le mélange et nous devons savoir quand ouvrir et fermer les soupapes. C'est ce qu'en termes d'ingénierie on appelle le minutage. Les gens intelligents ne proposent pas de noms innovants, ce que font leurs inventions est généralement ce qui est écrit sur la boîte. Maintenant, le minutage fait généralement référence au travail des soupapes : quand les soupapes s'ouvrent et quand elles se ferment, à la fois l'admission et l'échappement. À ce stade, nous avons un autre terme d'ingénierie dont nous devons discuter. Il s'agit de la position du piston numéro un (quel que soit le numéro un dans la configuration). Là, nous devons trouver le point mort haut (PMH). Le PMH est le point le plus haut que le piston atteindra dans le cylindre. Tout dans les moteurs à combustion interne modernes est mesuré à partir de là : la position des arbres à cames qui ouvrent les soupapes, l'allumage de la bougie, la pulvérisation des injecteurs, etc. Aujourd'hui, nous disposons de plusieurs méthodes pour mesurer le PMH. En général, cela se fait par la méthode dite de la « dent manquante », une méthode simple mais extrêmement efficace qui permet d'avoir une plaque sur le vilebrequin à l'extérieur du bloc moteur qui a des dents (imaginez un pignon) mais dont l'une de ces dents est manquante. Le pignon de calage du positionnement du vilebrequin est claveté sur le vilebrequin, ce qui signifie qu'il ne peut être monté que d'une seule manière. Cela garantit que vous ne pouvez pas vous tromper avec lui. Ainsi, ce pignon a de nombreuses dents mais il en manque une. Une fois que celle-ci est manquante, les fabricants placent un capteur électromagnétique (de type Hall, d'après son inventeur) à proximité du pignon.

• Chaque fois que la dent manquante passe devant le capteur (capteur de positionnement du vilebrequin), nous savons qu'il s'agit de notre PMH. Le régime moteur est mesuré entre le ralenti et le régime maximum du vilebrequin en tr/min ou en tours par minute, donc jusqu'à 20 000 tr/min dans les moteurs à régime le plus élevé. Grâce à ce capteur, nous savons à quel moment nous pouvons chronométrer l'allumage du mélange air/carburant et l'ouverture et la fermeture des soupapes. Autrefois, l'allumage des bougies dans l'ordre était dicté par le distributeur (un bras métallique de base tournant dans l'ordre à l'intérieur d'un récipient en plastique touchant d'autres pièces métalliques pour conduire l'électricité) qui distribuait des impulsions électriques à chaque bougie dans l'ordre prédéterminé en fonction de la position du vilebrequin, la courroie de distribution, la chaîne ou les engrenages étaient en permanence synchronisés au PMH. Cela signifie que dans toutes les conditions extérieures (pression atmosphérique, température et humidité de l'air, nous avions exactement les mêmes entrées du moteur, ce qui signifiait essentiellement que nous n’exercions aucune influence sur le moteur pour répondre aux conditions extérieures. De nos jours, avec l'évolution de l'EFI et l'immense bond en avant de la technologie informatique, nous pouvons avoir beaucoup d'influence sur le comportement d'un moteur afin de fournir les mêmes performances lorsque l'air est froid et dense au niveau de la mer ainsi que lorsqu'il est chaud et humide à Kito, au Pérou par exemple. Cela se fait en ayant une mesure précise de l'air entrant pour commencer, nous avions l'habitude d'avoir un MAF (Mass Airflow Meter) avec un fil chaud à l'intérieur, lorsque l'air entrait dans le moteur, l'unité de contrôle du moteur (ECU) calculait dans quelle mesure l'air refroidissait le fil chaud, ce qui lui donnait le résultat du volume d'air entré dans l'admission, il divisait ensuite ce volume en nombre de cylindres et estimait la quantité de carburant nécessaire à pulvériser par cylindre, par cycle d'allumage afin d'atteindre la stœchiométrie (Lambda) qui dans le moteur à combustion interne est appelée le rapport Lambda et il est de 14,7:1, ce qui signifie que pour chaque 14,7 parties d'air, nous devons ajouter 1 partie de carburant. Le Lambda est le rapport parfait entre la combustion presque complète du carburant que vous pulvérisez ; cela signifie que le moteur est plus efficace lorsqu'il fonctionne à des valeurs stœchiométriques. Ceci est ensuite mesuré par le « capteur Lambda » placé dans l'échappement du véhicule et des corrections seraient apportées en permanence, plusieurs fois par seconde. Lorsque nous le décomposons comme cela, cela ne semble pas si difficile, n'est-ce pas ? Aujourd'hui, nous voyons très rarement la version exacte de cette méthode. La raison en est que nous avons une technologie bien meilleure. Aujourd'hui, nous avons des calculateurs qui pourraient faire absolument tout ce qui est nécessaire pour faire fonctionner un moteur aussi efficacement que possible. Nous avons des bobines individuelles (les bobines remplacent les distributeurs et sont contrôlées électroniquement pour allumer chaque bougie à un moment précis). Les bobines individuelles permettent de contrôler en nanosecondes le point exact de l'étincelle. Parfois avant le PMH, parfois après, cela s'appelle l'avance et le retard, autrefois l'avance et le retard de l'étincelle étaient contrôlés par une légère rotation du capuchon du distributeur. De nos jours, nous pouvons p Nous pouvons programmer cela dans l’ECU, mais nous pouvons également programmer une logique. Alors, quelle est cette logique ? Eh bien, la qualité de l’air entrant, sa quantité et son humidité dictent fondamentalement les performances – s’il y a moins d’air dans la chambre de combustion, nous aurons plus de carburant que le rapport lambda – ce mélange est appelé un mélange « riche », s’il y a moins de carburant et plus d’air – le mélange est appelé un mélange « pauvre ». En fonction du mélange, l’ECU peut choisir de retarder ou d’avancer le calage afin de brûler le plus efficacement possible. Cela signifie que nous éviterons une combustion trop froide, trop chaude, trop pauvre ou trop riche, cela protège notre moteur et évite les détonations. Mais, grand-père, je vous entends dire – chaque cycle n’est-il pas une détonation ? C'est vrai, mais si le piston est en train de monter vers le PMH et que nous enflammons le mélange, nous allons créer une contre-action, cette contre-action est le mauvais type de détonation et finira par faire fondre votre piston ou transformer votre roulement de vilebrequin en viande hachée, ce qui entraînera une panne catastrophique du moteur au fil du temps, ou immédiatement. Pour cette raison, les moteurs sont équipés de capteurs de cliquetis - le cliquetis fait affectueusement référence à la détonation indésirable décrite ci-dessus. Le capteur de cliquetis est essentiellement un stéthoscope électronique « à l'écoute » des détonations irrégulières dans les cylindres. Une fois qu'il « entend » le cliquetis, il envoie cette information à l'ECU qui peut choisir de retarder le calage, ou dans le cas des moteurs modernes même d'éteindre complètement le cylindre. La protection est tout aussi importante dans l'injection électronique de carburant moderne que l'efficacité et les performances. C'est pourquoi l'EFI moderne peut pratiquement tout détecter et mettre le moteur en mode mou chaque fois que cela est nécessaire pour préserver la santé de votre moteur. Mais attendez, nous avons parlé de calage, d'étincelle, d'air, mais ce qui nous manque, c'est la partie « F » de l'EFI - FUEL. Le carburant est délivré à la chambre de combustion par des injecteurs de carburant, qui sont extrêmement avancés depuis l’injecteur mécanique initial. Les injecteurs modernes permettent un contrôle complet : ils peuvent être équipés d’injecteurs de portage, où le carburant est pulvérisé à l’extérieur de la chambre de combustion, d’injection directe, où le carburant est pulvérisé directement dans la chambre de combustion, vous pouvez avoir plusieurs injecteurs par cylindre, ainsi que plusieurs bougies d’allumage pour maximiser l’efficacité. Vous pouvez avoir des injecteurs de carburant à haute impédance lorsque vous souhaitez que de plus petites quantités de carburant soient pulvérisées dans un motif plus « brumeux », ou des injecteurs à faible impédance lorsque vous souhaitez que de plus grandes quantités de carburant soient « déversées » dans la chambre des secrets – tout ce dont vous avez besoin peut être réalisé. L’EFI moderne est parfaitement adapté et peut vous permettre d’apporter des améliorations. En fonction de la situation et des performances, vous pouvez réaliser de grandes choses. La plupart des moteurs modernes qui méritent d'être mentionnés sont turbocompressés, ce qui permet de nombreuses modifications mais dans tous les cas, grâce à l'EFI, vous (ou vos entrées dans l'ECU) pouvez gérer absolument tout - si un injecteur de carburant dans une voiture turbocompressée peut sortir de l'usine avec un débit de seulement 60 %, cela vous permettra de lui dire d'augmenter à 70 %, d'augmenter légèrement la pression de suralimentation, d'ajuster légèrement le calage pour compenser et augmenter les performances, vous pouvez désactiver les cylindres pour augmenter le rendement énergétique, vous pouvez définir des seuils de contrôle, vous pouvez avoir un capteur dans la conduite de carburant vous indiquant la qualité du carburant dont vous disposez et tout régler pour assurer la sécurité, vous pouvez également avoir des engrenages de commande de came avec plusieurs lobes de came pour ouvrir ou fermer les soupapes plus ou moins en fonction du régime et des besoins de performance, vous pouvez avoir une pédale d'accélérateur à commande électronique pour naviguer ou contrôler et faire fonctionner. Tout ce que vous voulez, ah, que de bons moments, les enfants. Bien sûr, de nos jours, vous avez un ensemble de moteurs électriques sans âme avec des potentiomètres qui font tourner une Classe G sur place, une Taycan accélère de 0 à 100 km/h en 2 secondes et des réfrigérateurs mobiles avec un badge « T » pour vous amener au travail. Où est mon M119 V8, où est mon S38B36 ? – Dans la grange, grand-père, mon Dieu, tu es énervant.
•  
• Jusqu'à la prochaine fois, essayez de vous amuser au travail.
• Alek
• Je voudrais remercier :
• Graham Bell
  Charles White
  Jeff Hartman
  Ivaylo Drumev
  Ivan Krastev

Pour avoir été mes professeurs dans le monde de l'EFI et du diagnostic. Les trois premiers contiennent environ 15 à 20 livres qui vous permettront d'en apprendre beaucoup plus sur l'EFI que ce que j'ai résumé ici, car cela effleure à peine la surface. Je n'ai pas abordé la MAP (pression absolue du collecteur), la façon dont le lambda mesure le niveau d'oxygène dans les gaz d'échappement pour déterminer le rapport, comment régler le VO (efficacité volumétrique), les diesels, les rotatifs et bien d'autres. J'espère faire un suivi car un article de blog n'est pas censé faire 3000 mots de toute façon. J'aurai un article sur le diagnostic des problèmes d'EFI dès que possible.