Face aux réglementations de plus en plus strictes sur les émissions polluantes, l’industrie automobile a rapidement adopté des technologies propres pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Le contrôle précis des apports en air/carburant selon des valeurs stœchiométriques est essentiel pour optimiser le rendement du convertisseur catalytique et minimiser les émissions d’échappement des moteurs modernes à combustion propre.
Afin d’optimiser le rapport air/carburant en conditions de fonctionnement transitoires, les fabricants utilisent des systèmes à boucle fermée et à boucle ouverte :
- Un système à boucle fermée est un système dans lequel un capteur d’oxygène des gaz d’échappement (EGO), également appelé capteur Lambda, génère un signal proportionnel à l’apport en air/carburant.
- Un système à boucle ouverte, ou à action directe, contrôle le débit de carburant des injecteurs grâce aux signaux reçus depuis un débitmètre.
Dans les deux cas, les signaux sont renvoyés via un correcteur PID pour réguler l’impulsion d’injection de carburant. Cependant, ces systèmes présentent deux inconvénients majeurs :
- En raison du retard relativement long inhérent au cycle induction-compression-puissance-échappement du moteur, la rétroaction (ou boucle fermée du système de commande en apport air/carburant) n’est pleinement efficace qu’en conditions de fonctionnement de régime permanent.
- La fiabilité du signal du capteur EGO n’est optimale qu’après le réchauffement du capteur. Par conséquent, il n’est pas possible de contrôler l’apport en air/carburant en boucle fermée immédiatement après le démarrage du moteur.
Ainsi, dans des conditions de démarrage transitoires et de démarrage à froid, la partie en amont du contrôleur air/carburant est particulièrement déterminante.
Pour optimiser l’apport en air/carburant dans toutes les conditions, les moteurs modernes sont généralement équipés d’un capteur de pression de suralimentation (MaP) pour mesurer la pression d’air dans le collecteur d’admission.
Le capteur MaP sait exactement ce dont le moteur a besoin
Le capteur MaP mesure en permanence la pression d’air et envoie ces informations à l’unité de contrôle du moteur (ECU). Ces données sont ensuite insérées dans un tableau permettant de contrôler la durée des impulsions d’injection et la durée d’allumage. Ces lectures de pression sont relayées à l’ECU en tant que signaux de tension de sortie.
Pendant la phase de développement, il est essentiel que les pressions mesurées dans le collecteur soient précises. Les capteurs MaP de série, bien qu’excellents pour envoyer les signaux à l’ECU, ont souvent des tolérances plus larges que celles jugées acceptables pour le développement. Par conséquent, des capteurs de haute qualité, tels que ceux produits par STS, sont généralement montés en tandem sur les capteurs MaP lors des phases de développement. Les lectures obtenues à partir de ces capteurs servent à mesurer les écarts ou les erreurs lors de l’enregistrement des pressions du collecteur à différents régimes moteur.
Ce processus est assez complexe et nécessite que les tensions de sortie soient mesurées à des centaines de régimes moteur différents, afin de permettre à l’ECU de créer une carte efficace des besoins du moteur.
Utiliser le capteur MaP pour calibrer l’ECU
Au cours de la phase de développement, la pression du collecteur est mesurée par petites augmentations du régime moteur à l’aide d’un capteur MaP calibré, et les tensions de sortie sont enregistrées pour chaque réglage.
Au ralenti, la pression est mesurée à environ 1/3 de la pression atmosphérique, soit 0,338 bars dans un moteur atmosphérique standard. Étant donné que la tension de sortie du capteur MaP est proportionnelle à l’augmentation de pression, la tension de sortie au ralenti est d’environ 5/3 = 1,67 V, la sortie nominale maximale étant de 5V.
Mais dans la pratique, le signal de sortie à pleine échelle d’un capteur MaP de série peut varier et est généralement inférieur à 5 V. Cela est dû aux variations entre les différents fabricants de capteurs, avec pour résultat une tension typique à pleine échelle d’environ 4,6 V. En raison de ces variations, la lecture du capteur MaP varie entre 1,5 V et 4,5 V en cours de fonctionnement normal, à l’exception du vide créé lors du dépassement de capacité, où des tensions de sortie inférieures à 1 V peuvent être enregistrées.
De plus, étant donné que la pression barométrique a un impact significatif sur le mélange de carburant, l’ECU doit également pouvoir interpréter la pression barométrique. Pour ce faire, les mesures de la pression ambiante sont généralement enregistrées juste avant le démarrage du moteur, juste après son arrêt, ou les deux.
Ces mesures sont utilisées pour définir une condition de base qui corrige la pression du collecteur en fonction des conditions météorologiques et de l’altitude. En pratique, cela est réalisé à l’aide des signaux du moteur à l’arrêt avec le contact allumé. De cette façon, le même capteur qui contrôle le moteur en cours de fonctionnement peut être utilisé pour la mesure barométrique lorsque le moteur est à l’arrêt.
L’induction forcée augmente la pression sur les capteurs MaP
Lorsqu’un moteur atmosphérique est converti en induction forcée par l’ajout d’un turbo ou d’un compresseur, la plage de pression du collecteur doit être étendue afin d’inclure la zone de suralimentation ainsi que la zone de vide. Afin de couvrir toute la plage de pression, le capteur MaP doit couvrir une pression minimale de 1,5 bar, ou une plage correspondant aux paramètres de conception du moteur.
Si la pression de suralimentation dépasse 1,5 bar, il est important d’ajouter un décalage décroissant à la lecture afin de maintenir une lecture à pleine échelle lorsque la pression augmente. Cela revêt une importance pratique, car dans les systèmes de gestion de moteur basés sur des capteurs MaP, le carburant peut être coupé ou des erreurs peuvent être générées dans l’ECU si le relevé nominal à pleine échelle est dépassé. C’est pourquoi un décalage décroissant est mappé lorsqu’un capteur de 2 bars est utilisé pour lire des pressions supérieures à la pression nominale à pleine échelle.
Il n’est pas toujours facile de trouver des capteurs MaP qui répondent efficacement à ces nombreuses exigences. Mais comme le capteur MaP joue un rôle crucial dans la gestion du processus de combustion, il est important d’utiliser un capteur de haute qualité et calibré avec précision pour enregistrer les pressions du collecteur au cours du développement. Avec la pression exercée sur les fabricants pour réduire davantage les émissions polluantes et améliorer les performances, les ingénieurs ont besoin de constantes améliorations dans la précision des capteurs utilisés pour le développement.
