Méca-génius formation présente: Le fonctionnement du système d'injection électronique d'une moto
Par Philippe Sauvage
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À propos de ce livre électronique
Le public visé sera le technicien en maintenance des véhicules automobiles (option motocycles), l'étudiant, du bac professionnel jusqu'au BTS ou l'autodidacte passionné de savoirs technologiques.
J'ai pris le parti de le faire sous la forme d'un dialogue entre un ingénieur retraité et un jeune passionné de technologie.
Cet ouvrage propose donc une étude basée sur l'expérimentation: sur une moto pour la partie commande et sur une maquette artisanale pour la partie opérative.
Le lecteur y découvrira ces expérimentations illustrées en couleurs, soit par des photos soit par des dessins et graphiques.
Ces expérimentations ont pour but d'amener le lecteur aux lois de la physique expérimentale qui régissent le fonctionnement du système.
Toutes ces lois sont modélisées et mises en application par le calcul.
Quant au diagnostic, des dysfonctionnements sont appliqués au système, les effets en sont mesurés puis posés en termes mathématiques, la finalité étant de former le lecteur au diagnostic rapide, précis et sans faille, compétence attendue d'un technicien moto d'aujourd'hui.
Pour terminer, je précise que je suis enseignant en Génie Mécanique. Mon expérience me montre la difficulté que représente la compréhension de systèmes complexes. J'ai donc bâti mon ouvrage sur l'anticipation des questionnements qui jalonnent les étapes successives pour une assimilation sans faille de ces systèmes.
Philippe Sauvage
Enseignant en Génie Mécanique, Il forme les élèves de lycée professionnel et les professionnels de la réparation des motos aux technologies de diagnostics pour les motos modernes.
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Aperçu du livre
Méca-génius formation présente - Philippe Sauvage
A mes lecteurs,
Au fil de mes nombreuses lectures d’ouvrages technologiques traitant de la compréhension des moteurs, j’ai constaté qu’à ce jour il n’existait pas d’ouvrage expliquant la logique de fonctionnement des calculateurs pour la gestion des moteurs essence.
Un technicien soucieux de se perfectionner dans les nouvelles technologies des moteurs se heurte irrémédiablement aux phénomènes physiques qui régissent le fonctionnement de ces moteurs.
Et pourtant, la connaissance de ces phénomènes physiques est fondamentale.
Sinon, sans ces connaissances, comment analyser un dysfonctionnement, comment poser un diagnostic, comment réaliser une réparation ?
Il m’est donc apparu évident de faire en sorte que ce livre existe.
Le challenge était de donner envie aux techniciens lecteurs d’apprendre sans s’ennuyer.
Mon métier d’enseignant en génie mécanique me permet de tester l’efficacité de pratiques pédagogiques « ludiques » afin que tout apprenant s’approprie facilement les savoirs utiles à chaque étape de sa formation.
Alors, pourquoi pas une fiction, une histoire ?
D’accord ! Ce sera une relation entre un ingénieur retraité, Méca-Génius, et un jeune homme passionné de motos, Juste-Parfait.
Méca-Génius transmettra son expérience et son savoir en mettant en scène, de façon progressive, toute une série d’expérimentations qui amèneront son élève aux connaissances physiques indispensables que j’évoquais plus haut.
Vous pouvez également, si vous le souhaitez, réaliser les mêmes expérimentations que le jeune Juste-Parfait dans le livre. Elles vous apporteront pertinence, assurance et autonomie.
Surtout ne vous privez pas d’essayer !
Très bonne lecture à tous.
Philippe SAUVAGE
Merci à ma compagne, Geneviève Péméja, pour ses précieux conseils, ses corrections, ses relectures tout au long de la réalisation de cet ouvrage ainsi que sa finalisation.
Je la remercie encore pour m’avoir créé des conditions de travail idéales pendant une longue période afin de m’impliquer totalement dans la réalisation de cet ouvrage.
Sommaire
Etonnement pour une moto hors du commun
Mise en situation et raison d’être du système d’injection de carburant
Etude de la partie commande
Etude expérimentale du calcul de la masse d’air admise dans le moteur (loi des gaz parfaits)
Etude expérimentale du départ à froid
Etude expérimentale du dosage de couple maximum
Etude expérimentale de la mesure de la pression atmosphérique
Etude de l’influence de la fréquence de rotation du moteur
Etude de la partie opérative
Etude du théorème de la conservation de l’énergie (Théorème de Bernoulli)
Le théorème de Bernoulli permet d’obtenir une loi régissant le débit d’un injecteur
La loi régissant le débit massique de carburant
Le dosage mis en équation
Régulateur de pression différentielle ou régulateur de pression ?
Réflexion sur la fabrication d’une maquette didactique
Constitution d’une mallette à outils scientifiques pour les recherches de pannes
Réalisation d’une maquette didactique de la partie opérative
Etude expérimentale de la partie opérative du système d’injection
Dysfonctionnement du régulateur de pression différentielle
Calcul du dosage appliqué lors du dysfonctionnement
Incidence d’un dysfonctionnement sur une connectique d’injecteur
Calcul du dosage appliqué lors du dysfonctionnement sur la connectique
Quelle incidence pour le moteur de fonctionner avec un dosage trop pauvre ?
Etonnement pour une moto hors du commun
Juste-Parfait - Allo, Méca-Génius ?
Méca-Génius - Oui, bonjour !
Juste-Parfait - C’est Juste-Parfait !
Méca-Génius -Ah ! Comment vas-tu depuis notre dernier contact mail !
Juste-Parfait -Très bien, je vous remercie ! Par contre, je ne peux pas en dire autant pour la moto de mon père.
Méca-Génius -Ton père a une moto ? Tu ne m’en n’avais jamais parlé.
Juste-Parfait - Parce qu’il vient juste de l’acheter ! C’est une moto de collection.
Méca-Génius - Bien, je suppose qu’elle est vieille, mais est-elle en état de rouler ? De quelle année est-elle ? Faut-il la restaurer ?
Juste-Parfait - Non, non, pas du tout ! D’accord, elle commence à avoir de l’âge, mais dedans, elle a une sacrée technologie, même d’avant-garde ! Elle est sortie en 1992, c’est une HONDA NR 750.
Méca-Génius - Une NR 750 !!!
Juste-Parfait - Oui ! Ca vous étonne ?
Méca-Génius - Un peu oui ! Connais-tu la valeur de cette machine ?
Juste-Parfait - Eh bien ! Vu le prix qu’il l’a payé, sa côte n’a rien d’exceptionnel.
Méca-Génius - Rien d’exceptionnel ?
Visiblement Juste, tu ne connais pas cette moto. C’était à cette époque la vitrine technologique de Honda, elle a été fabriquée en très peu d’exemplaires et elle n’a rien à envier aux motos actuelles. Te rends-tu compte qu’elle est équipée d’un moteur quatre cylindres en « V » dont les pistons et les cylindres sont elliptiques ? Il n’y a jamais eu depuis aucun autre moteur de ce type !
Juste-Parfait - Elle a des pistons ovales ! Vous en êtes sûr ?
Méca-Génius - Oh oui ! Absolument sûr !
Juste-Parfait - Vous accepteriez de venir chez moi pour la voir ?
Méca-Génius - Avec un très grand plaisir, je ne me souviens même pas d’en avoir revue depuis l’année de sa sortie. Je peux dès cet après midi, ça te convient ?
Juste-Parfait - Oui, oui, très bien ! En début ?
Méca-Génius - Oui, cela me va, disons 14 heures !
Juste-Parfait - OK !
Méca-Génius - A cet après midi.
Honda NR 750
Vue du moteur NR 750
Il est14 heures.
- Oui ?
- Bonjour, c’est Méca-Génius !
- Je vous ouvre le portail, entrez ! j’arrive.
Juste-Parfait - Cela me fait vraiment plaisir que vous soyez venu aussi vite !
Méca-Génius - Tu sais, le plaisir est réellement partagé.
Juste-Parfait - On va la voir ?
Méca-Génius - Avec grand plaisir !
Juste-Parfait - On y va !
Juste le précède et ouvre la porte du garage.
Méca-Génius - Oh ! mais elle est magnifique ! Tu te rends compte ? Elle est comme neuve !
Juste-Parfait - Au fait, en vous attendant, j’ai recherché sur internet les caractéristiques du moteur, et en effet, elle a bien les fameux pistons elliptiques, c’est incroyable !
Méca-Génius - Dis moi, depuis ce matin, quelque chose me chagrine.
Juste-Parfait - Oui, quoi ?
Méca-Génius - Eh bien, je doute que ton père ne sache pas qu’il a acheté un bijou sans le savoir, cela me parait impensable.
Juste-Parfait - Au moins vous, vous n’êtes pas crédule comme moi ! Il m’a avoué ce matin qu’il m’avait bien fait marcher. Par contre, il a réellement fait une affaire, la famille qui lui a vendu, je dis la famille parce qu’elle appartenait au père qui est décédé, ne connaissait pas la valeur de la moto.
Méca-Génius - D’accord ! Je comprends.
Juste-Parfait - On la démarre ?
Méca-Génius - Je suis venu pour ça !
Juste-Parfait - C’est une belle musique, non ?
Méca-Génius - Carrément symphonique !
Juste-Parfait sollicite la poignée d’accélérateur comme les pilotes de grands prix, avec de grands coups de gaz les uns derrière les autres. Visiblement tous les deux prennent plaisir à entendre ces accélérations à la fois rauques et métalliques, jusqu'à ce que…
Juste-Parfait - En fait, pour tout vous dire, je vous ai fait venir parce que j’ai besoin de vous. Vous voyez, dès que le moteur est chaud, il n’a plus le même bruit et en plus il ne tient plus le régime de ralenti.
Méca-Génius - As-tu déjà roulé avec ?
Juste-Parfait - Oui, mon père a roulé avec, il m’a dit que le problème est surtout situé dans les bas et moyens régimes, lorsque l’accélération n’est pas très forte.
Méca-Génius - Tu es en train de me dire que lorsque la charge est forte, je veux dire l’accélération, le moteur fonctionne pleinement ?
Juste-Parfait - C’est ça. Vous voyez ce que cela peut être ?
Méca-Génius - Hum... J’ai mon idée, oui !
Juste-Parfait - Ah ! Super ! J’en étais sûr ! Vous savez, mon père a fait faire un contrôle de l’électronique par la concession HONDA, ils lui ont dit qu’il n’y avait pas de problème d’électronique, j’ai dit à mon père que j’étais sûr qu’ils se trompaient !
Méca-Génius - Et qu’est ce qui te permet de l’affirmer ?
Juste-Parfait - Ben, euh… C’est une injection de carburant électronique, donc il n’y a pas d’autre possibilité !
Méca-Génius - Ce n’est pas un peu hâtif comme déduction ?
Juste-Parfait - Ben, en tous cas, je n’en vois pas d’autre !
Méca-Génius - C’est normal, ce système d’injection électronique de carburant est complexe.
Juste-Parfait - Alors dites-moi quelle pièce je dois remplacer.
Méca-Génius - Non ! C’est trop facile !
Juste-Parfait - Pourquoi vous ne voulez pas ?
Méca-Génius - Parce que c’est la moto de ton père.
Juste-Parfait - Et alors ?
Méca-Génius - Alors ? C’est à toi de la réparer !
Juste-Parfait - Malin ! Et comment ?
Méca-Génius - En apprenant comment fonctionne ce système d’injection électronique de carburant !
Juste-Parfait - Et qui va me l’apprendre ?
Méca-Génius - Je peux te rendre ce service si tu veux !
Juste-Parfait - C’est vrai ? Quand et où ?
Méca-Génius - Ici ! On peut même commencer demain
Juste-Parfait -Super !
Mise en situation et raison d’être du système d’injection de
carburant
Le lendemain matin à 9 heures.
- Oui ?
- Bonjour, c’est Méca-Génius !
- Je vous ouvre le portail, entrez ! j’arrive.
Juste-Parfait - Bonjour ! Vous ne pouvez pas imaginer comme il me tarde d’apprendre le fonctionnement de ce système.
Méca-Génius - Bon, bon ! Garde ton énergie, tu vas en avoir besoin !
Juste-Parfait - Alors ! On commence par quoi ?
Méca-Génius - Tout d’abord, nous allons commencer par ce que tu connais de ce système. Je t’écoute.
Juste-Parfait - Euh… Alors, je sais que le système doit injecter le carburant dans la tubulure d’admission, entre le papillon des gaz et la soupape d’admission.
Méca-Génius - Oui, c’est ça ! Dans ce cas, on dit du dispositif qu’il est à injection indirecte.
Juste-Parfait - Ah oui ! Je comprends ! L’injection serait directe si elle injectait directement dans la chambre de combustion !
Mise en situation des injecteurs
Méca-Génius - Très juste ! Et pour ce faire, l’injecteur serait placé sur la culasse.
Bien ! Et maintenant, peux-tu me dire comment le carburant est acheminé à l’injecteur ?
Juste-Parfait - Alors, je crois… Non, non, j’en suis sûr ! L’injecteur est fixé sur un rail qui est relié par l’intermédiaire d’une conduite en caoutchouc, à une pompe électrique et cette pompe est plongée dans le réservoir de carburant.
Méca-Génius - C’est çà ! le système est constitué d’un réservoir à carburant dans lequel une pompe à fluide est immergée. Cette pompe déplace le carburant du réservoir vers la rampe de distribution, que tu as nommée un rail, via un flexible hydraulique.
Enfin, les injecteurs, comme tu l’as si bien décrit, sont fixés à la rampe de distribution, ce qui permet d’acheminer le carburant à chacun.
Juste-Parfait - Oui, oui, mais ça je le savais ! Par contre, sur la rampe de distribution du carburant, on voit une espèce de capsule sur laquelle est fixé un flexible qui la relie au réservoir à carburant.
Cette capsule, à quoi elle sert?
Dessin d’ensemble des éléments constituant la partie opérative et montrant les interactions entre ceux-ci
Méca-Génius - Ah ! Cette fameuse capsule, comme tu l’appelles, a un rôle bien particulier. Je t’expliquerai plus tard son fonctionnement. Par contre je vais t’expliquer sa fonction. Mais avant tout chose, j’aimerais que tu sois un peu plus observateur !
Juste-Parfait - Vous y allez un peu fort, là ! Je vous dis ce que je vois, et vous trouvez que je ne regarde pas assez bien !
Méca-Génius - C’est juste, Juste ! Mais surtout ne prends pas mal ma remarque.
Allez ! Regarde la à nouveau cette fameuse capsule !
Juste-Parfait - Attendez, vous exagérez ! Il faut que je démonte le boîtier du filtre à air pour la voir !
Méca-Génius - De toute façon tu sais comment faire, puisque tu l’as déjà déposé, non ?
Juste-Parfait - Oui !
Juste-Parfait est bien obligé d’admettre d’avoir réalisé ce démontage, puisqu’il n’y a pas d’autre possibilité pour voir le dispositif complet d’acheminement en carburant !
Méca-Génius - Je dois te féliciter pour la qualité de ton travail ! Tu choisis les bons outils, tu démontes avec méthode et tu ranges avec beaucoup de soin tous les éléments déposés. C’est parfait, Juste !
Juste-Parfait - Ah ! Quand même ! Vous redevenez humain ! Merci.
Méca-Génius - Oh ! Je suis désolé. Tu sais, cela vaut pour tout le monde : la pertinence avec laquelle on observe permet de comprendre plus aisément comment ça fonctionne.
Juste-Parfait - Y a pas d’mal. Bon, ça y est ! Le champ est libre, j’ai déposé tous les éléments.
Méca-Génius - Alors, cette capsule comme tu l’appelles, peux-tu m’en dire un peu plus sur elle ?
Juste-Parfait - Oui, bien sûr ! Alors, je vois qu’elle est fixée sur la rampe de distribution du carburant, qu’il y a un flexible la reliant avec le réservoir à carburant et, ah ! Ouais ! Je ne l’avais pas vu celui-là ! Il y a aussi un flexible qui relie la capsule à la tubulure d’admission. Attendez, attendez un peu, ce flexible est donc fixé à la tubulure d’admission, ouais, c’est bien ça, mais oui, oui, je le vois bien, il est fixé entre le papillon des gaz et la soupape d’admission. Et voilà Monsieur !
Méca-Génius - Parfait ! Quelle observation ! Digne d’un archéologue !
Juste-Parfait - Ah ! Vous avez vu ?
Méca-Génius - Alors, résumons-nous !
Premièrement, ce conduit que nous voyons entre la rampe de distribution en carburant et le réservoir à carburant permet la circulation du carburant de la rampe vers le réservoir, si et seulement si, la pression du carburant dans la rampe a atteint une valeur bien précise.
Juste-Parfait - Mais alors, cette capsule, c’est un régulateur de pression ? Elle permet donc de garder une pression constante du carburant dans la rampe de distribution ?
Méca-Génius - Exactement ! Dans le mille ! Mais attention, je t’ai dit, premièrement !
Juste-Parfait - Et alors ?
Méca-Génius - Alors, cela veut dire qu’il y a un complément à cette fonction !
Juste-Parfait - Ben, là je ne vois pas du tout !
Méca-Génius - Donc deuxièmement, le flexible reliant le régulateur… Ah au fait ! On est d’accord. Cette capsule, c’est un régulateur de pression, donc on ne l’appelle plus capsule mais régulateur !
Juste-Parfait - Pas d’problème ! C’est un régulateur !
Méca-Génius - Je disais donc premièrement,
Juste-Parfait - Ah, non ! Deuxièmement !
Méca-Génius - Très juste ! Deuxièmement donc, ce régulateur est relié par un flexible à la tubulure d’admission juste après le papillon des gaz !
Juste-Parfait - Oui, là, je vous suis.
Méca-Génius - Ce qui permet au régulateur de mesurer la pression résidant dans la tubulure d’admission. On l’appelle plus communément pression d’admission.
Juste-Parfait - Il me semble que je comprends ce à quoi vous faites allusion. Vous allez très certainement me dire que grâce à ce flexible de liaison, le régulateur va réguler la pression du carburant dans la rampe de distribution en fonction de la pression d’admission.
Méca-Génius - Excellente déduction ! Alors ce régulateur, en mesurant la pression dans la tubulure d’amission, va faire en sorte que la différence de pression entre la pression du carburant dans la rampe de distribution et la pression d’admission, soit toujours la même, c'est-à-dire constante.
Juste-Parfait - Mais alors, on pourrait pas l’appeler régulateur de pression évolutive ?
Méca-Génius - Effectivement c’est une possibilité ! Mais comme il mesure une différence de pression entre la pression du carburant dans la rampe et la pression d’admission (ΔP = pression carburant – pression d’admission = constante), dans ce cas, on parle de pression différentielle.
Juste-Parfait - Donc, cette capsule s’appelle un régulateur de pression différentielle.
Méca-Génius - Oui !
Juste-Parfait - J’ai une question.
Méca-Génius - Laquelle ?
Juste-Parfait - A quoi ça sert d’avoir toujours la même différence de pression ?
Méca-Génius - Hum… Excellent ! Tu deviens de plus en plus pertinent ! Bon, alors à quoi ça sert ? Disons plutôt qu’elle est sa fonction ?
Eh bien ! Sa fonctionnalité est qu’en maintenant une différence de pression constante (ΔP = constante), la quantité de carburant sortant de l’injecteur ne dépend que du temps - et uniquement du temps - pendant lequel l’injecteur est ouvert.
Juste-Parfait - Ah ! Mais bien sûr !
Comme ça c’est nettement plus facile d’injecter la bonne quantité de carburant dont le moteur a besoin !
Méca-Génius - Exactement ! Tu sais que le pilotage électrique de l’injecteur est réalisé par un programme informatique ?
Juste-Parfait - Ben, oui ! C’est ce qu’on appelle le calculateur !
Méca-Génius - Exact ! Alors, pour revenir à notre bonne quantité de carburant à injecter dans le moteur, si celle-ci est proportionnelle au temps d’ouverture de l’injecteur, la programmation du calculateur en est facilitée.
Juste-Parfait - Ah ! Ils savent ce qu’ils font les ingénieurs !
Méca-Génius - Bien sûr ! Mais je dirais plutôt que cela dépend du cahier des charges imposé par le constructeur. Si le critère principal est le meilleur rapport coût de développement/fonctionnement, alors le régulateur de pression différentielle est incontournable.
Juste-Parfait - Mais, alors ! On pourrait se passer du régulateur ?
Méca-Génius - Attention ! Je n’ai rien dit de tel ! J’ai simplement fait allusion au fait que le constructeur a le choix entre l’utilisation d’un régulateur de pression différentielle