Calculateur d'injection : principes de fonctionnement et conséquences à l'E85
Les moteurs thermiques fonctionnent grâce à l'énergie produite par la combustion d'un mélange d'air et d'un carburant.
Les carburants vendus en France peuvent incorporer, tant que les normes administratives sont respectées, entre 78% et 95% d'essence pure. C'est à dire qu'il y a jusqu'à 22% d'autres produits dans le litre de carburant que vous achetez !
Que se passe-t-il lorsqu'on introduit une proportion (même infime) d'éthanol, d'ETBE ou d'additifs dans le réservoir ?
Voulez-vous en savoir plus ?
- Définition Essence
- Définition ETBE
- Définition Bioéthanol
- Définition E85
- Définition Additifs carburant
Le SP98, SP95, SP95-E10 et E85 utilisent tous dans des proportions variées de l'éthanol, que ce soit dans sa formulation pure ou "optimisée" (ETBE et additifs) ...
En général (ça varie beaucoup), dans le SP il y a :
- 85% à 90% d'essence
- 4% à 10% d'ETBE
- 4% à 7% d'éthanol
- 1% à 5% d'autres additifs
Dans le Superethanol E85 (ça varie encore plus), constitué de la même essence de base que le SP il y a :
- entre 60 et 80% d'éthanol (incorporé hors raffinerie par les producteurs)
- entre 10 et 30% d'essence (provenant des dépôts de carburant)
- entre 1 et 2% d'ETBE (en proportion de ce qu'il y a dans l'essence de base qui transite par les pipelines)
- entre 1% et 2% d'autres additifs (ce n'est pas la peine d'en rajouter)
Les proportions de ces mélanges dans le réservoir sont mesurées et ajustées en permanence par les différentes sondes (T°, Lambda, pression atmosphérique, ...), pour que le moteur fonctionne sans trop consommer, sans trop polluer et sans risquer de détérioration.
Au Sans-Plomb, le ratio est d'environ 14,7 unités d'air pour une unité de carburant. Ratio air/essence, air/fuel ratio en anglais, abrégé en "AFR".
A l'E85 été, ce ratio est de 9,7 unités d'air pour une unité de carburant (variable de 9.8 à 11,0 selon la saison)
Quand ce ratio est respecté, il est "stœchiométrique". Cela signifie qu'il est équilibré idéalement pour que l'explosion se fasse en conciliant à la fois un bon dégagement d'énergie (performance), une température pas trop élevée (fiabilité), des imbrûlés pas trop importants (consommation) et un fonctionnement idéal du pot catalytique (écologie).
Étudions comment se comporte un calculateur moteur (ECU), au Sans-Plomb lors des charges normales (Closed Loop) et des fortes charges (Open Loop). Nous en déduirons son comportement à l'E85.
L'ECU se réfère continuellement à des tables d'ouverture des injecteurs programmées (en dur) en fonction des informations délivrées par les sondes moteur et recale continuellement les paramètres d'injection sur le long terme (LTFT) et sur le court terme (STFT) les paramètres d'injection.
STFT "short term fuel trims" (ajustements de carburant à court terme):
- représente l'augmentation instantanée du temps d'ouverture des injecteurs.
- Les STFT changent sans arrêt, et varient selon le régime moteur.
LTFT "long term fuel trims" (ajustements de carburant à long terme) :
- L'ECU s'adapte en fonction des STFT relevés et si il constate une constance des STFT à varier dans le même sens (en + ou en -) durant une longue période, l'ECU va prendre la décision de modifier le réglage d'origine de manière permanente afin de diminuer les variations de STFT.
- Le LTFT est permanent mais ne résiste pas à un reset de l'ECU..
- Le LTFT est gardé en mémoire et permet pouvoir avoir une injection immédiatement opérationnelle dès le démarrage.
Les principales sources d'information de l'ECU pour adapter les temps d'ouverture des injecteurs (donc le débit) sont :
- La sonde lambda (la plus importante) qui est placée sur le collecteur d'échappement, avant le pot catalytique. Elle mesure en permanence la quantité d'oxygène restant dans les gaz d'échappement.
- La sonde de température d'eau du moteur (très utile au démarrage)
- La sonde de température d'air aspiré (le ratio air/carburant varie selon la température)
- La sonde de pression atmosphérique (le ratio air/carburant varie en fonction de l'altitude)
- ...
Mélange riche (au SP) :
C'est un mélange qui est inférieur à 14,7 d'AFR. Il contient moins de 14,7 unités d'air pour une unité de carburant. Il y a trop de carburant pour que le mélange soit stœchiométrique.
La consommation et la fiabilité augmentent, le moteur chauffe moins, et les performances augmentent. La puissance maximum est atteinte aux alentours d'un AFR de 12,5 au prix d'une forte consommation.
Mélange pauvre (au SP) :
C'est un mélange qui est supérieur à 14,7 d'AFR. Il contient plus de 14,7 unités d'air pour une unité de carburant. Il n'y a pas assez de carburant pour que le mélange soit stœchiométrique.
La consommation et la fiabilité diminuent, le moteur chauffe plus, et les performances diminuent.
Adaptation des temps d'injection (en fonction de la richesse détectée) :
Lorsque la voiture détecte un mélange trop pauvre ou trop riche, elle s'adapte (apprend), en jouant sur la quantité de carburant que devraient délivrer les injecteurs.
Le calculateur contrôle plusieurs fois par secondes le ratio AFR grâce à l'information transmise par la sonde lambda et le débitmètre d'air.
La marge d'adaptation est aussi large que ce que les injecteurs peuvent débiter au maximum ou au minimum. La variation possible est extrêmement différente selon les véhicules.
C'est pour cela que vous pouvez rouler aussi bien à l'E85 qu'au SP98 par temps de blizzard ou de canicule.
Closed Loop, Open Loop
Le calculateur qui gère les adaptations du mélange fonctionne sur deux modes : "Closed loop" et "Open loop".
Mode Closed Loop en conduite cool et normale.
Une sonde sur le papillon d'admission, appelée TPS (Throttle Position Sensor), détecte à quel angle d'ouverture se trouve le papillon d'admission. Plus vous enfoncez la pédale d'accélérateur, plus le papillon s'ouvre, et cette sonde TPS le détecte immédiatement.
En mode Closed Loop, l'ECU analyse en permanence la valeur renvoyée par la sonde lambda, et ajuste en permanence la quantité de carburant injecté pour être le plus proche possible de 14,7 d'AFR.
A force de faire des petits ajustements en permanence (STFT), l'ECU apprend la tendance du temps d'ouverture des injecteurs et finit par adapter les réglages d'origine (LTFT) afin de limiter les variations de STFT.
Le calculateur cherche à avoir des LTFT permettant de ne plus avoir recours aux STFT (STFT oscillant autours d'une valeur proche de zéro).
Si la qualité ou le type de carburant change, que la météo évolue ou que votre style de conduite se modifie brutalement, et le calculateur recale les valeur de LTFT.
Mode Open Loop en conduite dynamique et sportive.
L'ECU bascule du mode Closed Loop vers le mode Open Loop avec un accélérateur enfoncé à 40% et plus (variable selon les véhicules).
En mode Open Loop, l'ECU ignore la valeur lue par la sonde lambda et il va appliquer les réglages définis par le constructeur en prenant en compte le LTFT pour les moteurs à injection récents.
Le calculateur ne cherche plus à atteindre le ratio de 14,7 et applique les réglages prévus par le constructeur, qui prévoient un mélange plus riche pour fiabiliser. Le ratio AFR descend de 14,7 à 12 en fonction de paliers définis en dur par le constructeur.
Par exemple (tous les moteurs sont différents, et même parfois il existe des différences selon les séries).
Ralenti : 14,7 (STFT oscille en permanence +/- 5%)
Closed Loop : en conduisant normalement, sans enfoncer à plus de 40% l'accélérateur, l'AFR reste à 14,7, aidé par la sonde lambda.
En faisant monter le régime haut dans les tours sans enfoncer plus l'accélérateur, on constate parfois que le constructeur a prévu un petit enrichissement en Closed Loop par paliers.
Open Loop : en appuyant très franchement sur l'accélérateur, le calculateur se réfère aux réglages prévus le constructeur (+ les adaptations des LTFT) pour assurer la fiabilité de son moteur. Au détriment de la consommation, des performances et de la pollution.
Comme l'ECU applique le LTFT sur les réglages prévus par le constructeur, il l'enrichit le mélange Air/Carburant dans les mêmes proportions en conduite agressive qu'en conduite cool.
Ne pas conduire agressivement après un reset de l'ECU. En "Open Loop", l'ECU appliquera les réglages d'origine car il n'aura pas eu le temps de calibrer les valeurs du LTFT, seul ajustement à être appliqué en Open Loop. Il met entre 30 km (réglage grossier) et 250 km (réglage très fin) pour calibrer le LTFT.
Impact de l'E85 sur l'ECU et sa gestion de l'Open Loop, Closed Loop, STFT, LTFT.
Une étude américaine du DOE en 2002 pour analyser l'impact de l'incorporation d’éthanol dans les carburants démontre qu'il y a 2 types de calculateurs. Ce rapport étudie l'incorporation de 17 à 24% d'éthanol dans le carburant, et compare l'E85 et le modèle brésilien E100. Je vous laisse lire et traduire.
- Anciens véhicules disposant d'une sonde lambda : pas de prise en compte de l'AFR en open Loop lorsque l’on ajoute de l'éthanol au Sans-Plomb
- Véhicules récents : prise en compte en Open Loop de l'AFR par le LTFT lorsqu'on incorpore de l’éthanol au SP.
En général,
- 14,7 d'AFR est un mélange normal en Closed Loop, lambda 1,0
- 12,0 d'AFR est le mélange riche défini par le constructeur en Open Loop lambda 0,8
- + de 14,7 d'AFR est un mélange très pauvre, lambda 1,2
En France, l'E85 contient des proportions d'éthanol différentes selon les saisons. Les stations se font livrer en fonction des dates avec des concentrations différentes, ce qui donne en général une bouillie de mélange dans les cuves, on ne sait pas ce que l'on achète, sauf en fin de saison dans les stations ayant beaucoup de débit.
Le taux de 85% d’éthanol est une cible. On trouve au maxi du 80% car les pétroliers n'arrivent pas à l'atteindre ce taux avec du SP de pipeline (SP91) contenant de l'ETBE et un saupoudrage d’additifs.
L'hiver, avec un peu de chance, on peut trouver du E65 grâce à la formulation de l'essence de base.
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| Concentration en alcool et dates administratives de livraison de l'E85 en france |
En Closed Loop :
Avec de l'E85 été comme carburant, on sera à lambda 1 grâce au LTFT, donc stœchiométrie de 9.7 (LTFT +42%).
L' affichage par Torque ou autre sera toujours de 14.7, bien qu'il soit en réalité entre 9,7.
Si vous faites un mélange de E85 et de SP pour obtenir de l'E50 par exemple, votre AFR réel sera de 12,0 affiché aussi 14,7. Le LTFT sera augmenté de 18,5% seulement.
| Mélange | SP pipeline | SP95 | SP95-E10 | E10 | E15 | E20 | E25 | E30 | E35 | E40 |
| Proportion d'air | 14,9 | 14,7 | 14,5 | 14,4 | 14,1 | 13,8 | 13,5 | 13,2 | 12,9 | 12,6 |
| LTFT | -1,3% | 0,0% | 1,0% | 2,0% | 3,8% | 5,6% | 7,5% | 9,5% | 11,6% | 13,8% |
| Mélange | E45 | E50 | E55 | E60 | E65 | E70 | E75 | E80 | E85 | |
| Proportion d'air | 12,3 | 12,0 | 11,7 | 11,4 | 11,2 | 10,9 | 10,6 | 10,3 | 9,8 | |
| LTFT | 16,1% | 18,5% | 21,0% | 23,6% | 26,4% | 29,4% | 32,5% | 35,8% | 42,2% |
Ne pas confondre LTFT et consommations ( lien : LTFT et consommation ) !
En Open Loop :
L'AFR affiché sera 12,0 (18% d'enrichissement) alors que l'effet du LTFT sur l'injection induira un AFR réel de 8.
Je vulgarise mon raisonnement :
Closed Loop (lambda 1.0) E85 été :
La durée d'injection se cale sur la table SP + LTFT + STFT pour obtenir un AFR de 14,7, ce qui revient à se caler sur une table E85 pour obtenir un AFR de 9.7 + STFT
Open Loop (lambda 0.8) E85 été :
La durée d'injection se cale sur la table SP + LTFT pour obtenir un AFR de 12,0, ce qui revient à se caler sur une table E85 pour obtenir un AFR de 8,0
Aucun risque de rouler trop pauvre si les injecteurs encaissent 42% liés à l'E85 + 20% liés à l'Open Loop
La suite du sujet
AFR et Lambda au SP et à l'E85 commercial
Sonde Lambda, contrôle de la richesse en carburant à l'E85
Lambda, AFR, STFT et LTFT
Comment l'ECU s'adapte-il au E85 ?
LTFT et consommation
