590 Ko - Académie de Nancy-Metz

Injecteur électromagnétique.
Sommaire :
1/
2/
3/
4/
5/
6/
7/
Modelisation de la commande des injecteurs.
1.1 Déterminez l’évolution du courant en fonction du temps.
1.2 Influence de la tension de commande U sur l’établissement de i(t).
Signal de commande de l’injecteur.
Type de commande des injecteurs.
3.1 Commande injecteur de type ON OFF.
3.2 Commande injecteur avec régulation de courant.
Droite de débit de l’injecteur.
4.1 Temps mort. (offset)
4.2 Le débit statique ou gain.
4.3 Le débit dynamique.
Plage d’utilisation de l’injecteur.
5.1 La zone de linéarité.
5.2 Plage de fonctionnement dynamique.
adaptation au moteur.
6.1 Correction batterie (Batcor)
6.2 Garde mini à la période moteur.
Exemple de caractéristiques constructeur.
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Injecteur électromagnétique.
1 / MODELISATION DE LA COMMANDE DES INJECTEURS.
UR
UL
Injecteur électromagnétique
Rinj = R
UR = R × i(t) = R × i
Linj = L
UL = L × i’(t) = L × di/dt
U
Calculateur
1.1 Déterminez l’évolution du courant en fonction du temps.
A partir de la loi des mailles nous obtenons : U - UR -UL =(U - R i) - L × di/dt = 0
équation différentielle du premier ordre. (Il faut séparer les variables i et t )
di
= (U − Ri )
dt
di
dt
=
L
(U − Ri )
−R
−R
di =
dt ...(*)
(U − Ri )
L
i − R
t− R
=
di
∫0U − Ri
∫0 L dt ...(**)
L×
[ln(U − Ri)]i0 = [− R / L]t0
ln(U − Ri) − ln U = − Rt / L
U − Ri − Rt
=
U
L
− Rt
Ri
1− = e L
U
ln
Ri
=1− e
U
− Rt
L
(*) On multiplie par –R les deux membres de l’égalité.
(**) Rappel : Fonction = U' / U
Intégral = Ln U
U
i(t) = × (1− e
R
−Rt
L
)
Avec U : tension de commande de l’injecteur en V
R : résistance de l’injecteur en Ω
L : inductance de l’injecteur en H
t : temps de commande en s (ou ms si L en mH)
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« modèle mathématique »
Injecteur électromagnétique.
Evolution de l’intensité de l’injecteur en fonction du temps et de la tension d’alimentation.
Résistance de l’injecteur (Ω) = 16 Ohms
Inductance =
- indiquer les trois tensions au niveau des courbes : 12V, 14V, 16V
intensité ( A)
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
temps de commande (ms)
1.2 Influence de la tension de commande U sur l’établissement de i(t).
Pour cela nous allons étudier les variations de i(t). Il faut donc déterminer la dérivé de i(t)
i (t ) =
U U − −LRt
= e
R R
'
− Rt

U  U
i ' (t ) =   −  e L 
R R

[U/R]’=0 car constante
'
Ln a – ln b = ln a/b
'
− Rt
− Rt
U −R L
U L 
e
i ' (t ) = −  e  = − ×
R
L
R

U
i ' (t ) =
e
L
− Rt
L
Etablissement de i(t) : Déterminez la tangente de i(t) à t = 0
Valeur de i’(t) pour t=0
-R.0/L =0
e(-R.0/L) = 1 donc i’(t) = U/L
sur les courbes si dessus :
- Déterminer l’inductance de l’injecteur
Tracer la tangente à la courbe à t = 0.
Déterminer la pente de la droite : vous avez alors i’(t) i’(t) = 1 / 0,5 = 2
Vous déterminez l’inductance avec la formule précédente.
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i’(t)
Injecteur électromagnétique.
Inductance de l’injecteur (mH) = U / i’(t) = 16/2=8mH car le temps et en ms
- Déterminer le temps nécessaire pour l’ouverture de l’injecteur en fonction de U bat.
Le temps d’ouverture est fonction du champ magnétique produit par la bobine or ce champ
magnétique et directement proportionnel à l’intensité, donc plus elle augmente plus le champ
magnétique augmente. Pour un effort magnétique donnée on va vaincre l’effort du ressort + le poids
de l’aiguille et l’injecteur s’ouvrira.
Dans ce cas de figure 0,5 A son nécessaire pour ouvrir l’injecteur. Déterminer graphiquement le
temps d’ouverture.
U bat
Temps nécessaire à l’ouverture (ms)
16
39
14
48
12
62
Conclusion : Plus la tension est importante plus l’intensité s’établit rapidement or,
l’injecteur s’ouvre toujours pour la même valeur de courant. En conclusion quand la
tension de commande augmente le temps nécessaire à l’ouverture diminue.
Pour un injecteur donné le temps d’ouverture est uniquement fonction de U. Plus U augmente
plus le temps d’ouverture diminue.
2 / SIGNAL DE COMMANDE DE L’INJECTEUR.
Ci dessous nous avons représenté le signal de commande de l’injecteur. Vous devez indiquer les
différentes grandeurs caractéristiques de ce signal de commande.
I (A)
Imax
Io
If
t (ms)
tpo
tp
tc : temps de commande
tpo :
temps
nécessaire
pour
l’ouverture
to : temps d’ouverture
tpf : temps nécessaire pour la
fermeture
I max : i maxi injecteur
Io : i ouverture
If : i fermeture
tc
to
3 / TYPE DE COMMANDE DES INJECTEURS.
Dans le document joint, Nous avons appris qu’il y a deux manières de commander les injecteurs.
- Etage de sortie à commande tout ou rien : Commande de type ON-OFF
- Etage de sortie à régulation d’intensité : Commande de type : PEAK – HOLD
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Injecteur électromagnétique.
3.1 Commande injecteur de type ON OFF.
Signal de commande relevé sur une Safrane
V6 avec l’aide d’une résistance additionnelle
Tension : 0,2 V/ division
Base de temps : 1 ms /division
Conditions du relevé :
N = 890 tr/min
T° eau = 80°C
P tub = 440 mb
U bat = 12,20 V
Autres données : Rinj = 14,8Ω , Rmesure = 1Ω
E bat = 12.83V, T inj (XR 25) = 3.4ms
Le point de « rebroussement » est le fait que la bobine de l’injecteur n’ait pas la même inductance
L injecteur fermé et injecteur ouvert.
Représentez sur le relevé et déterminez :
Le temps nécessaire à l’ouverture en ms
= 1,6
Le temps de commande en ms
= 3,4
Le temps de fermeture en ms
= mini 0,2
Le temps d’ouverture en ms
= 1,8
L’intensité d’ouverture en A
= 0,5
L’intensité maxi en A
= 0,72
Commande de type : ON-OFF pour injecteurs de type « haute impédance ».
Avantage :
- Faible coût
- Simplicité de réalisation
Inconvénient :
- Offset important
- Puissance électrique consommée
puissance en conséquence
importante :
transistors
de
3.2 Commande injecteur avec régulation de courant.
Signal de commande relevé sur ZX à l’aide d’une pince ampèremétrique.
Tension : 0,1 V/ division
Base de temps : 1 ms /division
Conditions du relevé :
N = 1440 tr/min
T° eau = 80°C
T° air = 20 °C
P tub = 600 mb
U bat = 11,70 V
Autre donnée : Rinj :1,7Ω, conversion de la
pince ampèremétrique : 1A / 100 mV
Nota : le courant de maintien est obtenu par
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Injecteur électromagnétique.
hachage de la tension.
Représentez sur le relevé et déterminez :
Le temps nécessaire à l’ouverture en ms
Le temps de commande en ms
Le temps d’ouverture en ms
L’intensité de maintien en A
L’intensité maxi en A
L’intensité a l’ouverture en A
= 1,3
= 2,6
= 1,3
= 1,3
= 3,4
= 2,3
Commande de type : PEAK – HOLD pour injecteurs de type « basse impédance
Avantages :
- Performance maxi de l’injecteur ( plage d’utilisation plus importante)
- Offset réduit ( ouverture plus rapide )
- Puissance électrique réduite
Inconvénients :
- Coût,
- Tache supplémentaire pour le microprocesseur
4 / DROITE DE DEBIT DE L’INJECTEUR.
Elle représente l’évolution de la quantité injectée en fonction du temps de commande de
l’injecteur. Qe (mm3 / coup) = Fct (temps de commande (ms))
Cette droite de débit se relève sur un banc d’injecteur : on fait varier le temps de commande et
mesure la quantité injectée par coup. Injecteur alimenté sous 16 V et sous 3 bars de pression.
Cette caractéristique permet de déterminer :
- le temps mort
- le débit statique (pente de la droite de débit )
- le débit dynamique
- la zone de linéarité
- le rapport volumétrique de l’injecteur ou plage dynamique de fonctionnement.
4.1 Temps mort. (offset)
Cette valeur théorique fictive (exprimée en ms) est déterminée avec une tension de commande de
16 V. (On l’appelle aussi le Z inj dans la formule de calcul du Ti dans le boîtier de commande)
Elle correspond au point de concourt de l’axe des abscisses et de la droite de régression (droite
des moindres carrés ou droite de Mayer)
Le temps mort est spécifique à chaque injecteur : il correspond à la dissymétrie des débits
obtenus dans les phases d’ouverture ( électromagnétique ) et fermeture ( purement mécanique ).
4.2 Le débit statique ou gain.
Débit statique : C’est le débit obtenu avec l’injecteur maintenu grand ouvert. Il dépend de la
section calibrante et de la différence de pression amont-aval de l’injecteur.
Cette valeur correspond à la pente de la droite de débit
Qstatique(mm / ms)=
3
Qdynamique(mm3 /coups)
Tc(ms)−Tmort(ms)
Le débit statique définit le débit maxi de l’injecteur en phase d’écoulement permanent.
4.3 Le débit dynamique.
Débit dynamique : C’est la loi de débit de l’injecteur : Il correspond à la masse ou au volume de
combustible injecté par coup en fonction du temps de commande.
Page 6
Injecteur électromagnétique.
D R O I T E D E D E B I T D 'U N I N J E C T E U R
40
30
Courbe de débit réel.
(points de relevés)
25
Courbe de débit linéarisée.
Droite de régression
20
Q dynamique pour le Tc de référence
15
10
Tc référence
5
Temps mort
D u r é e d 'i n j e c t i o n
(m s )
Nota : on note une perte de linéarité sur les faibles Ti et les très fort Ti.
Page 7
8.8
8.4
8
7.6
7.2
6.8
6.4
6
5.6
5.2
4.8
4.4
4
3.6
3.2
2.8
2.4
2
1.6
1.2
0.8
0.4
0
0
Débit dynamique ( mm3/coup)
35
Injecteur électromagnétique.
5 / PLAGE D’UTILISATION DE L’INJECTEUR.
5.1 La zone de linéarité.
Lorsque l’on a relevé par essais la caractéristique de débit dynamique de l’injecteur et déterminer
sa droite de régression, on calcul le pourcentage d’erreur entre la mesure et la valeur théorique par
rapport à la valeur théorique :
 Qdynamique − = Qdyn−Qreg ×
 Qstatique 1 
 100
Qreg

 

La zone de linéarité de l’injecteur correspond à la zone ou cet écart est compris entre -5% et
+5%.
On peut déterminer ainsi, le temps minimum d’ouverture et le temps maxi maximum d’ouverture. On
peut vérifier ainsi si l’injecteur peut fournir en carburant les consommations mini et maxi du moteur.
Sur la page suivante : tracer la zone de linéarité de l’injecteur. Correspondant à la zone d’utilisation
de l’injecteur. -------5.2 Plage de fonctionnement dynamique.
Par rapport à la zone de linéarité on peut déterminer :
- un débit mini par rapport au temps mini de commande
- un débit maxi par rapport au temps maxi de commande.
On peut donc déterminer le rapport volumétrique ou plage de fonctionnement dynamique « DFR »
Il correspond au rapport du débit dynamique maxi sur le débit dynamique mini de la zone de linéarité
(±5%) ---------Zone de linéarité
Débit maxi
16 volts
∆p=3 bars
Erreur de
linéarité
modélisation
Q réel
Débit mini
Temps mini de commande.
Zone de linéarité
Temps maxi de commande.
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Injecteur électromagnétique.
6 / ADAPTATION AU MOTEUR.
6.1 Correction batterie (Batcor)
Le temps nécessaire à l’ouverture mécanique de l’injecteur augmente lorsque la tension batterie
diminue. Le Zinj représente le temps mort de l’injecteur sous 16V et Batcor assure sa correction
jusqu’à 8 Volts.
L’évolution du temps mort correspond à la correction BATCOR apporté sur le Ti pour obtenir le
même débit d’essence lors d’une chute de tension batterie.
Pour une richesse R donnée et un régime N fixé.
Ti (8V) = Ti (16V) + Batcor (8V)
Ti (14V) = Ti (16V) + Batcor (14V)
Ti (10V) = Ti (16V) + Batcor (10V)
Ti (16V) = Ti (16V) + Batcor (16V)
Ti (12V) = Ti (16V) + Batcor (12V)
A partir de la documentation page suivante déterminer :
Batcor (10V) = (1250-357) = 893 ms
Batcor (14V) = ( 500 –357) = 143 ms
Batcor (12V) = ( 830 – 357 ) = 473 ms
Batcor (16V) = (357-357) = 0 ms
DROITE D'INJECTEUR
16.00
14.00
12.00
QE en kg/h
10.00
8.00
16V
14V
12V
6.00
10V
4.00
2.00
8000
7500
7000
6500
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0.00
Ti en micro sec.
6.2 Garde mini à la période moteur.
La « garde mini » représente la valeur pour laquelle la différence entre la période du moteur et le
Ti est la plus faible. Cette valeur correspond au temps accordé à l’injecteur pour se refermer.
La valeur généralement préconisée est 1 ms pour un multipoints et de 0,5 ms pour un monopoint.
Si le Ti est supérieur à la période, l’injecteur reste continuellement ouvert, d’où impossibilité
d’augmenter plus la richesse.
Définition du Ti maxi : c’est la valeur maxi atteinte pour respecter les conditions de richesse et de
température moteur.
On s’assure ainsi que l’injecteur travail dans sa zone de fonctionnement linéaire.
Déterminer la période moteur puis la valeur du Ti maxi de 2000 à 6000 moteur.
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Injecteur électromagnétique.
7 / EXEMPLE DE CARACTERISTIQUES CONSTRUCTEUR.
INJECTEUR
Diamètre joint torique avant
Débit statique
Débit statique n- heptane
Débit dynamique
B 280 705 112
B 280 705 207
4,6 mm
3,6 mm
189 cm3 / mn
189 cm3 / mn
sous 3 bars
sous 3 bars
150 g / mn
149.3 g / mn
sous 3 bars
sous 3 bars
3,98 g / 1000 coups
3,1 g / 1000 coups
2,4 ohms ± 0,1
2,4 ohms ± 0,1
n- heptane Ti : 2.0 ms
Résistance bobinage
Limite de linéarité ( limite pour laquelle delta Q/Q > 5%)
Débit mini n- heptane
Ti mini
2,08 mg / coup
1,73 mg / coup
1,3 ms
1,46 ms
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Injecteur électromagnétique.
Exemple injecteur EV10.
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Injecteur électromagnétique.
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