Régulation de Richesse

BTS AVA - 2ème Année
Systèmes d'injection Essence
Régulation de richesse
Thierry CABANTOUS
Lycée Fernand Léger
Systèmes d’injection Essence
Régulation de richesse
Plan de la séance

Présentation du système de régulation de richesse

Réalisation matérielle du système

Catalyse 3 voies des gaz d'échappement

Modélisation de la boucle de régulation de richesse

Stratégies de la régulation de richesse

Présentation des TP sur véhicules

Acquisitions Synchronie sur véhicules

Synthèse des TP sur véhicules
Présentation du système de régulation de richesse
Principe de l’injection d’essence
Principe de base :
La .
. à injecter dans les cylindres est déterminée à chaque instant
par la mesure de la .
. aspirée par le moteur.
Dosage du mélange carburé :
Le dosage du mélange carburé est le .
. entre la
masse d’essence injectée pendant un temps donné et la
masse d’air aspirée par le moteur pendant le même temps.
messence
d 
mair
Dosage stœchiométrique :
Le
dosage
stœchiométrique
correspond
théorique permettant une .
au
dosage
. de
l’essence dans l’air. L’équation chimique de la combustion
de l’heptane (C7 H16) dans l’air donne :
m

1
d s   essence  
15,1
 mair  s
Présentation du système de régulation de richesse
Dosage Stœchiométrique
Lorsque le moteur aspire
.
.
Il faut injecter exactement
.
.
Dans ce cas, la richesse du mélange est .
La combustion .
.
.
Présentation du système de régulation de richesse
La richesse et le coefficient d’air
Fonctionnement du moteur
Richesse
Coefficient d’air
r  dréel
ds
 1
r
Mélange riche
.
.
.
.
.
.
.
.
Mélange
stoechiométrique
.
.
.
.
.
.
Mélange pauvre
.
.
.
.
.
.
.
.
Les coefficients  et r varient en sens inverse. Lorsque  augmente (mélange pauvre), r diminue.
Ces deux coefficients représentent .
. exprimée selon deux formes
différentes.
Par analogie au coefficient d’air  , .
. représente en fait le .
.
Présentation du système de régulation de richesse
Les produits de la combustion
Combustion idéale (complète), dans le
cas d’un dosage stoechiométrique
Air sec (% en volume, gaz
rares négligés)
.
Oxygène :
.
.
Azote :
.
.
Une mole d’air : .
.
.
.
.
Combustion réelle (incomplète), dosage
non stoechiométrique
Carburant idéal Cn H2(n+1)
Heptane, sans plomb
Produits polluants .
Une mole d’Heptane : .
.
.
Monoxyde de carbone .
Oxydes d’azote .
Imbrûlés .
Produits de la combustion .
.
(taux de conversion idéal du catalyseur de 100%)
Produits non "polluants" .
.
.
.
.
Présentation du système de régulation de richesse
Emission des polluants en fonction de la richesse
.
.
Lorsque la richesse diminue de 1,2 à 0,9
Le CO et les HC diminuent simultanément.
Les HC et les NOX évoluent de façon inverse.
A
Instabilité
CO %
Les NOX augmentent en raison de l’élévation de la
température de la combustion en mélange pauvre.
Lorsque la richesse est inférieure à 0,85.
HC
NO X
Le CO atteint un niveau très bas (excès d’air), les HC
augmentent (imbrûlés) en raison de phénomènes
d’extinction de flamme.
CO
Lorsque la richesse augmente de 1 à 1,2
1,5
Le CO et les HC augmentent fortement en raison d’une
combustion incomplète (mélange riche).
0,8
0,5
0,7
0,8
0,9
0,96
1
1,04
1,1
1,2 Richesse
Les NOX diminuent car la température de la combustion
diminue, jusqu’à la limite d’inflammabilité du carburant,
pour des richesses supérieures à 1,2.
Conclusion : Il est très difficile d’amener .
. les trois polluants .
conservant une richesse permettant un bon fonctionnement du moteur.
Avant catalyse, le .
moteur, se situe .
. tout en
. en terme d’émission de polluants et de fonctionnement du
.
Présentation du système de régulation de richesse
Emission des polluants en fonction de la richesse
.
.
Polluants
(%)
Lorsque la richesse diminue (mélange pauvre)
Les NOX augmentent fortement en raison de l’élévation
de la température de la combustion (excès d’air).
Efficacité maximum
du pot catalytique
Les CO et les HC atteignent un très faible niveau (faible
taux d’imbrûlés).
CO
NOx
Lorsque la richesse augmente (mélange riche)
Le CO et les HC augmentent en raison d’une trop grande
proportion d’essence imbrûlée dans le mélange.
Cette essence imbrûlée peut provoquer, en cas de prise
d’air à l’échappement, un phénomène de post-combustion
entraînant la destruction totale du catalyseur (T>1000°C).
HC
Efficacité maximum de dépollution du catalyseur
Richesse
0.8
1
0.9
Conclusion : Le .
1.1
L’efficacité maximum de dépollution du catalyseur se
situe dans une fenêtre très étroite, centrée autour de la
richesse 1 (entre 0,98 et 1,02).
1.2
. impose l’utilisation d’un .
.
Ce dispositif doit réguler la richesse du mélange à une valeur aussi proche que possible de 1,
afin de maintenir les émissions de polluants à leurs plus faibles niveaux, après catalyse.
Réalisation matérielle du système
Le pot catalytique
Pot catalytique et sonde lambda sous collecteur
Réalisation matérielle du système
Le pot catalytique
Un catalyseur est un élément qui a la propriété de .
une réaction chimique, .
.
. au cours de la réaction.
2
1
3
4
1 - .
.
2 - .
.
3 - .
.
4 - .
.
Réalisation matérielle du système
Le pot catalytique
Catalyse sous collecteur
La .
Catalyse sous plancher
. de fonctionnement du catalyseur se situe .
.
Le pot catalytique est implanté au plus près du moteur afin de permettre un amorçage
plus rapide de la catalyse après le démarrage du moteur (à partir de 300 °C).
Réalisation matérielle du système
Principe de la catalyse 3 voies
La catalyse permet : - .
-.
. le monoxyde d’azote (CO) en CO2 et les imbrûlés (HC) en H20 et en CO2
. les oxydes d’azote (NOX) en N2 et en O2
Réalisation matérielle du système
Mode d’action du catalyseur 3 voies
CO , HC , NO
cache
REACTIONS CHIMIQUES BILANS
Oxydation du CO
CO + 1/2 O2

.
.
.
.
Oxydation des HC
2 HC + 5/2 O2 
Réduction des NOX uction des NOX
CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT
.
.
.
.
NO + O2

.
.
CO + NO

.
.
La dépollution maximale des gaz d’échappement n’est possible qu’à l’intérieur d’une étroite
fenêtre de fonctionnement du moteur, centrée autour de la richesse 1 (dosage stoechiométrique).
Cette contrainte technologique impose .
.
Réalisation matérielle du système
La sonde lambda
La sonde lambda est placée entre le collecteur d’échappement et le pot catalytique.
Sa température optimale de fonctionnement se situe entre .
La sonde lambda mesure .
Cette teneur en oxygène dépend du .
.
. des gaz d’échappement.
. air + essence (riche
ou pauvre) brûlé par le moteur.
La sonde lambda permet donc d’effectuer .
du mélange carburé.
Elle est utilisée pour réguler la richesse sur tous les moteurs à injection d’essence.
.
Réalisation matérielle du système
Constitution de la sonde lambda
1
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-
3
2
4
5
Cache
9
8
7
6
Tube de protection avec fente (entrée des gaz d'échappement)
Culot de la sonde
Enveloppe protectrice (sertissage non étanche à l’air extérieur)
Isolateur
Fil électrique (signal sonde  calculateur)
Fils de réchauffe de la sonde (+ APC et masse)
Contacteurs électriques
Résistance chauffante CTP (4,5 Ohms)
Support en céramique
Céramique poreuse + électrodes de platine externe et interne
Réalisation matérielle du système
Fonctionnement de la sonde lambda
Cache
Electrodes
de platine
e
Air ambiant
Gaz
d'échappement
Oxygène
Peu ou pas
d'oxygène
Céramique
Ions d'oxygène
La sonde est constituée d'un .
perméables aux gaz.
La céramique utilisée .
. dont la surface est munie .
.
. à une température minimale de 350°C.
Lorsqu'il y a .
. entre les deux électrodes, il se produit un
déplacement des ions oxygène (de la face interne vers la face externe) qui crée aux bornes de la
sonde une .
.
Cette différence de potentiel constitue le signal électrique (0,1 ou 0,9 Volts) transmis au calculateur
Réalisation matérielle du système
Signal électrique de la sonde lambda
Le signal de sortie de la sonde
lambda
s’apparente
à
une
variable binaire qui ne peut avoir
que les deux valeurs suivantes :
.
.
.
.
.
.
.
.
Réalisation matérielle du système
Câblage de la sonde lambda au calculateur
1 - Alimentation de la résistance CTP
CALCULATEUR
2 - Masse de la résistance CTP
3 - Électrode négative (face externe)
Info Info
4 - Électrode positive (face interne)
+ 12 V
1
2
4
3
4V
4
3
2
1
Réalisation matérielle du système
Modélisation de la régulation de richesse
Cache
Uc
.
Um
.
. appliquée à l'entrée du comparateur (consigne  = 1) Uc = .
.
. (mesure du taux de O2 des gaz d'échappement)
Le comparateur calcule en permanence
la différence de tension  = Uc - Um
Um = 0,9 Volts =>  < 0 .
. le calculateur corrige .
.
Um = 0,1 Volts =>  > 0 .
. le calculateur corrige .
.
Le signal de la sonde  oscille entre .
richesse variant continuellement entre .
. et .
. ce qui correspond à une régulation de la
. et .
.
Réalisation matérielle du système
Stratégies de la régulation de richesse
Coefficient
multiplicatif
du temps
d’injection
Enrichissement
Enrichissement
Correction intégrale
Le calculateur corrige le temps
d'injection en fonction du signal
Appauvrissement
Correction
proportionnelle
de sortie de la sonde lambda.
Temps
Signal
sonde
(mV)
En boucle fermée, Il existe deux
900 mV
Riche
100 mV
Pauvre
types de corrections de richesse
Référence 500 mv
-.
.
100 mV
Pauvre
-.
.
Temps
La correction intégrale consiste à enrichir ou appauvrir uniformément le mélange .
.
.
La correction proportionnelle a lieu lorsqu’une variation est détectée. .
.
.
.
.
BTS AVA - 2ème Année
Systèmes d'injection Essence
Régulation de richesse
Présentation des TP sur véhicules
Présentation des TP sur véhicules
Organisation du travail
4 postes de travail (organisés en 4 binômes)
2 postes de TP "Acquisitions Synchronie"
: - Citroën Saxo
- Peugeot 406
2 postes de TP "Réparation"
:
- Peugeot 306
- Peugeot 307
Présentation des TP sur véhicules
Objectifs et Guide de travail
TP "Réparation"
Objectifs : - Etre capable de contrôler, de faire le diagnostic, et de
remplacer une sonde lambda sur véhicule.
Guide de travail : - Contrôle de la tension de sortie de la sonde avant dépose
- Dépose de la sonde lambda
- Contrôles électriques de la sonde au multimètre
- Contrôle de fonctionnement de la résistance chauffante
(branchement direct au + batterie)
- Repose de la sonde lambda
- Contrôle de la tension de sortie de la sonde après repose
Présentation des TP sur véhicules
Objectifs et Guide de travail
TP "Acquisitions Synchronie"
Objectifs : - Etre capable de faire le diagnostic du système de régulation de
richesse sur véhicule.
- Evaluer le fonctionnement en vraie grandeur de la boucle de
régulation (réponse à différentes perturbations).
Guide de travail : - Acquérir sur Synchronie le signal de sortie de la sonde lambda
moteur tournant, en fonctionnement normal (ralenti et accélérations).
- Faire varier la richesse du mélange en agissant sur les durites
d'arrivée et de retour d'essence. Observer la réponse de la
régulation en fonctionnement "ultra riche" et "ultra pauvre".
- Créer deux dysfonctionnement en débranchant successivement un
injecteur puis une bougie d'allumage. Observer la réponse de la
régulation à ces perturbations.
BTS AVA - 2ème Année
Systèmes d'injection Essence
Régulation de richesse
Synthèse des TP sur véhicules
Synthèse des TP sur véhicules
Acquisitions Synchronie
Tension de sortie de la sonde lambda en mélange riche (durite de retour d’essence pincée)
Synthèse des TP sur véhicules
Acquisitions Synchronie
Tension de sortie de la sonde lambda en mélange pauvre (durite d'arrivée d’essence pincée)
Synthèse des TP sur véhicules
Acquisitions Synchronie
Tension de sortie de la sonde lambda avec un injecteur débranché
On observe un "trou" de richesse exactement tous les 2 tours
Synthèse des TP sur véhicules
Résultats obtenus
Mise en commun des résultats de TP et analyse des
relevés Synchronie effectués sur les véhicules
Questions complémentaires …
Notes personnelles …