Pourquoi votre voiture n’a plus de carburateur

Les règles en matière d’émissions et d’économie de carburant ont obligé l’industrie automobile à repenser complètement la façon dont elle alimente un moteur en essence. Le changement n’était pas récent. Cela s’est produit progressivement, motivé par une nécessité technique plutôt que par un choix. La Subaru Justy de 1990 détient un titre étrange dans l’histoire de l’automobile américaine. C’était la dernière voiture grand public vendue ici avec un carburateur. La toute prochaine année modèle ? Le Justy est équipé d’injecteurs de carburant.

Cela rend la chronologie déroutante pour certains passionnés. L’injection de carburant n’est pas nouvelle. La technologie remonte aux années 1950. Les constructeurs européens utilisent largement l’injection électronique de carburant depuis 1980 environ. Aujourd’hui, si vous achetez une voiture neuve aux États-Unis, elle est équipée d’une injection de carburant. Période.

Nous allons expliquer exactement comment ce carburant entre dans le cylindre. Nous décoderons également des termes tels que « injection de carburant multiport » et « injection de carburant dans le corps de papillon » afin que vous sachiez ce qui se passe réellement sous le capot.

La montée et la chute compliquées du carburateur

Pendant presque toute la durée de vie du moteur à combustion interne, le carburateur a fait le gros du travail. Il mélangeait l’air et le carburant pour le moteur. On les voit encore aujourd’hui sur les tondeuses à gazon et les tronçonneuses. Ils fonctionnent. Ils sont simples. Mais les voitures sont devenues complexes. Le carburateur a dû gérer plus d’exigences de fonctionnement que jamais auparavant.

Pour supporter la charge, ces dispositifs mécaniques sont devenus complexes. Une configuration typique nécessitait cinq circuits distincts :

• Circuit principal – Fournit la quantité précise de carburant nécessaire pour des vitesses de croisière efficaces.
• Circuit de ralenti – Maintient le bon fonctionnement du moteur lorsque vous êtes arrêté à un feu.
• Pompe d’accélérateur – Fournit une explosion rapide de carburant lorsque vous appuyez pour la première fois sur la pédale. Cela élimine toute hésitation.
• Circuit d’enrichissement de puissance – Ajoute du carburant supplémentaire lors de la montée d’une colline ou du remorquage d’une charge lourde.
• Choke – Enrichit le mélange lorsque le moteur est froid pour assurer un démarrage fiable.

Il ne suffisait pas de simplement mélanger le carburant. L’environnement a changé. Les réglementations sur les émissions ont été renforcées. Le pot catalytique est devenu obligatoire. Cet appareil nécessite un rapport air/carburant très spécifique pour fonctionner efficacement. Trop de carburant et ça échoue. Trop peu, et cela échoue.

Les ingénieurs ont dû surveiller les niveaux d’oxygène dans les gaz d’échappement en temps réel. Ils ont utilisé des capteurs d’oxygène pour transmettre des données à l’unité de commande du moteur (ECU). L’ECU a ensuite ajusté le mélange instantanément. C’est ce qu’on appelle le contrôle en boucle fermée. Les carburateurs ne pouvaient tout simplement pas atteindre ce niveau de précision. Ils sont mécaniques. Ils ne peuvent pas penser.

Il y a eu une période brève et laide pendant laquelle les fabricants ont tenté d’électrifier le carburateur. Les glucides à commande électrique étaient encore plus complexes que leurs homologues purement mécaniques. Ils ont échoué. Les injecteurs de carburant ont pris le relais.

Du point unique à la précision multiport

La transition ne s’est pas faite du jour au lendemain. La première étape a été l’injection de carburant dans le corps de papillon. Également connu sous le nom d’injection de carburant monopoint ou centrale. Ce système place des soupapes d’injecteur de carburant à commande électrique directement dans le corps de papillon.

C’était presque un remplacement boulonné. Les constructeurs automobiles n’ont pas eu besoin de repenser leurs moteurs. C’était une solution rapide. Mais ce n’était pas parfait.

À mesure que la conception des moteurs évoluait, les constructeurs se sont tournés vers l’injection de carburant multiport. Ceci est également appelé injection de carburant par port, injection multipoint ou injection de carburant séquentielle. La différence est significative. Chaque cylindre dispose de son propre injecteur dédié. Ces buses pulvérisent du carburant directement au niveau de la soupape d’admission.

Le résultat est une meilleure précision. Le dosage est plus serré. Le moteur réagit plus vite. C’est un système plus efficace. L’époque de la buse unique pour tous les cylindres est révolue.

Comprendre l’entrée

Lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélérateur de votre voiture, vous ne contrôlez pas directement le carburant. Vous contrôlez le papillon des gaz. Cette vanne régule la quantité d’air entrant dans le moteur. Le système de carburant réagit à cet air.

La pédale d’accélérateur est donc en réalité la pédale d’air.

Appuyez sur le gaz. Le papillon des gaz s’ouvre. Plus d’air s’engouffre. Votre unité de commande du moteur, ou ECU, capte ce mouvement instantanément. Il ne s’agit pas seulement de regarder. Il réagit. L’ECU accélère l’arrivée de carburant avant même que cet air supplémentaire n’atteigne la chambre de combustion.

Pourquoi le timing est-il si important ?

Parce que l’hésitation est l’ennemi. Si le débit de carburant est en retard par rapport à l’admission d’air, vous obtenez une riche poche d’air sans carburant. Le moteur bégaie. Vous le ressentez comme une secousse dans le siège de votre pantalon. L’ECU évite cela en synchronisant l’injection de carburant avec le débit d’air. C’est une danse serrée entre le flux d’air massique et le carburant atomisé.

L’anatomie de l’injecteur

Un injecteur de carburant est essentiellement une vanne à commande électronique. Ne compliquez pas trop les choses. C’est un gardien du carburant sous pression provenant de la pompe. Il s’ouvre et se ferme plusieurs fois par seconde. La précision est la clé.

Lorsque l’ECU envoie un signal électrique, un électro-aimant déplace un piston. La vanne s’ouvre. Le carburant sous pression jaillit à travers une petite buse. Cette buse est conçue pour l’atomisation. Il transforme le liquide en une fine brume. Pourquoi? Parce que la brume brûle. Le liquide ne le fait pas. Une combustion complète nécessite une surface. Plus la brume est fine, meilleure est la brûlure.

Le calculateur contrôle la durée de cette ouverture. Nous appelons cela la largeur d’impulsion. Une largeur d’impulsion plus longue équivaut à plus de carburant. Plus court équivaut à moins. Physique simple.

Ces injecteurs sont montés dans le collecteur d’admission. Ils pulvérisent directement sur les soupapes d’admission. Une rampe d’injection distribue le carburant sous pression à chaque injecteur. C’est un système en boucle fermée. La pression est constante. Le contrôle est dynamique.

Le réseau de capteurs

L’ECU ne peut pas prendre de décisions en vase clos. Il a besoin de données. Beaucoup. Le moteur fonctionne dans des conditions en constante évolution. Température, charge, vitesse, débit d’air. L’ECU surveille tout cela via un réseau de capteurs.

Voici ce qu’écoute l’ECU :

• Capteur de débit massique d’air : Cela indique à l’ECU exactement la quantité d’air qui entre dans le moteur. Il s’agit de la principale entrée pour calculer le carburant de base.
• Capteur(s) d’oxygène : Situé dans l’échappement. Il mesure la teneur en oxygène des gaz usés. Cette boucle de rétroaction indique à l’ECU si le mélange est trop riche (trop de carburant) ou trop pauvre (trop d’air). L’ECU s’ajuste en fonction de ces données en temps réel.
• Capteur de position du papillon : Ce capteur surveille l’angle du papillon des gaz. Il signale à l’ECU l’intention du conducteur. Un coup d’accélérateur soudain ? L’ECU le voit immédiatement et ajuste l’alimentation en carburant pour éviter tout décalage.
• Capteur de température du liquide de refroidissement : Le moteur a besoin d’un rapport air/carburant différent à froid et à chaud. Ce capteur indique à l’ECU l’état thermique du moteur. Les moteurs froids ont besoin d’un mélange plus riche pour fonctionner correctement.
• Capteur de tension : Le système électrique est important. Si la tension du système chute, cela signifie souvent une charge électrique élevée (comme le compresseur de climatisation ou l’alternateur). L’ECU peut augmenter le régime de ralenti pour compenser la charge.
• Capteur de pression absolue du collecteur (MAP) : Il mesure le vide dans le collecteur d’admission. Moins de pression signifie que plus d’air est aspiré. L’ECU l’utilise pour estimer la charge du moteur et la puissance de sortie. Plus d’air entre, plus de carburant sort.
• Capteur de régime moteur : Le régime est un facteur critique dans le calcul de la largeur d’impulsion. Plus le moteur tourne vite, plus les injecteurs doivent se déclencher fréquemment pour maintenir le rapport.

Tir séquentiel ou par lots

Les systèmes d’injection de carburant multiports se répartissent généralement en deux catégories. Soit ils déclenchent tous les injecteurs en même temps, soit ils les déclenchent séquentiellement.

Le tir par lots est plus simple. Tous les injecteurs s’ouvrent en un seul événement ou en événements groupés. Ça marche. Mais il y a du retard.

L’injection de carburant multiport séquentielle est différente. Chaque injecteur s’ouvre juste avant l’ouverture de la soupape d’admission de son cylindre spécifique. Il est chronométré pour chaque cylindre individuel.

Quel est le meilleur ? Des gains séquentiels pour la réactivité.

Envisagez un changement soudain de papillon. Dans un système par lots, l’ECU devra peut-être attendre le prochain tour complet du moteur avant que le prochain événement d’injection ne se produise. C’est un retard. Dans un système séquentiel, l’ECU attend uniquement que la prochaine soupape d’admission s’ouvre pour ce cylindre spécifique. Cela peut prendre quelques millisecondes plus tôt.

Le résultat est une adaptation plus rapide. Le moteur répond aux sollicitations du conducteur avec moins de décalage. Le rapport air-carburant reste plus serré dans des conditions dynamiques. Ce n’est pas seulement une question de pouvoir. Il s’agit de douceur. C’est une question de précision.

La technologie ne cesse d’évoluer. Mais le principe de base reste le même. Mesurez l’air. Ajoutez du carburant. Brûlez-le proprement. Faites-le vite.

Le logiciel à l’intérieur de votre unité de commande moteur (ECU) fait le gros du travail. Il ne s’agit pas d’un simple interrupteur. Les algorithmes doivent satisfaire à des règles strictes en matière d’émissions sur 100 000 miles, respecter les objectifs d’économie de carburant de l’EPA et vous empêcher de faire exploser votre moteur. Il existe également des dizaines d’autres contraintes à gérer.

L’ECU utilise une formule mélangée à d’énormes tables de recherche pour déterminer la largeur d’impulsion des injecteurs de carburant. C’est la durée pendant laquelle l’injecteur reste ouvert. L’équation multiplie une série de facteurs. La plupart de ces facteurs proviennent de tableaux. Nous pouvons simplifier cela pour voir comment cela fonctionne. Un système réel pourrait utiliser une centaine de facteurs. Notre exemple en utilise trois.

Largeur d’impulsion = (largeur d’impulsion de base) x (facteur A) x (facteur B)

Tout d’abord, l’ECU recherche la largeur d’impulsion de base. Cela dépend du régime moteur (RPM) et de la charge. La charge provient de la pression absolue du collecteur. Disons que vous êtes à 2 000 tr/min avec une charge de 4. Vous trouvez cette intersection dans le tableau. La largeur d’impulsion de base est de 8 millisecondes.

RPM \ Chargement	1	2	3	4	5
1 000	1	2	3	4	5
2 000	2	4	6	8	10
3 000	3	6	9	12	15
4 000	4	8	12	16	20

Examinons maintenant les facteurs A et B. Ceux-ci proviennent de capteurs. Le facteur A est la température du liquide de refroidissement. Le facteur B est le niveau d’oxygène. Si le liquide de refroidissement est à 100 degrés et le niveau d’oxygène à 3, les tableaux nous donnent des multiplicateurs spécifiques.

Paramètre A (Temp)	Facteur A
0	1.2
25	1.1
50	1.0
75	0,9
100	0,8
125	0,75

Paramètre B (O2)	Facteur B
0	1.0
1	1.0
2	1.0
3	1.0
4	0,75

Le calcul est donc simple. 8 x 0,8 x 1,0 équivaut à 6,4 millisecondes. Le système s’ajuste en fonction de ces entrées. Le facteur B concerne l’oxygène présent dans les gaz d’échappement. S’il y a trop d’oxygène, l’ECU coupe le carburant. Il s’agit d’une boucle de rétroaction conçue pour maintenir l’efficacité des choses.

Les systèmes réels ont plus de 100 paramètres. Certains tableaux changent avec le temps pour tenir compte de l’usure de pièces comme le convertisseur catalytique. L’ECU peut exécuter ces calculs cent fois par seconde.

Ce que font réellement les puces de performance

Cela nous amène aux puces de performance. Si vous comprenez la logique de l’ECU, vous comprenez pourquoi ces puces de rechange existent. Ils augmentent la puissance.

Il y a une puce dans l’ECU d’origine qui contient les tables de recherche. Les fabricants de puces performantes remplacent cette puce. Les nouveaux tableaux contiennent des valeurs qui poussent plus de carburant dans certaines conditions. Peut-être qu’ils ajoutent plus de carburant à plein régime sur toute la plage de régime. Ils pourraient également modifier le timing des étincelles. Ces paramètres ont leurs propres tables.

La principale différence réside dans les priorités. Les constructeurs automobiles s’inquiètent de la fiabilité, du kilométrage et des émissions. Les fabricants de puces ne se soucient pas autant de ces choses-là. Ils utilisent des paramètres agressifs dans les cartes de carburant. Ils veulent le pouvoir. Période.

L’avenir de l’injection directe

L’injection directe a changé la donne. Le carburant va directement dans la chambre de combustion au lieu du collecteur d’admission. Cette livraison précise améliore l’atomisation. Vous obtenez une meilleure efficacité de combustion. Plus de puissance. Réduction des émissions.

Les véhicules électriques prennent des parts de marché. La demande de moteurs à combustion interne va diminuer. Il en sera de même pour la demande d’injecteurs de carburant. Mais cela ne se fera pas du jour au lendemain. Les moteurs à combustion interne dureront des années. Les hybrides en ont besoin. Les applications de niche en ont besoin.

La technologie évolue encore. Nous voyons des systèmes d’injection à plus haute pression. Les algorithmes de contrôle deviennent plus intelligents. L’intégration avec la propulsion électrique est à venir. Ces mesures promettent encore plus d’efficacité et moins de pollution. Le paysage change.

Pour en savoir plus sur les systèmes d’injection de carburant, consultez les liens sur la page suivante.

FAQ sur les systèmes d’injection de carburant

Pouvez-vous convertir un carburateur en injection de carburant ?
Oui. Les kits de conversion de rechange peuvent remplacer un carburateur par des injecteurs.

Combien coûte un système de conversion par injection de carburant ?
Certains systèmes coûtent moins de 1 000 $. La plupart coûtent beaucoup plus cher.

L’injection de carburant augmente-t-elle la puissance ?
Cela dépend du moteur. Vous pouvez vous attendre à un ajout de 10 à 20 chevaux.

Les vieilles voitures ont-elles des injecteurs de carburant ?
La plupart des voitures américaines avant 1990 utilisaient des carburateurs. L’injection de carburant existe depuis les années 1950. Les voitures européennes l’ont largement utilisé à partir de 1980.

Quels sont les différents types de systèmes d’injection de carburant ?
Les systèmes modernes se répartissent en quatre catégories : injection monopoint, multiport, séquentielle et directe.

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