1.1-Notion de richesse d'un mélange carburant
L'augmentation du prix du pétrole dans un premier temps, puis les normes anti-pollution de plus en plus strictes, ont poussé les constructeurs à se tourner vers des technologies plus précises dans le contrôle du dosage carburant .
Ce dosage est caractérisé par la richesse du mélange Air / Carburant.
Le but de l'injection est de l'optimiser la richesse du mélange en fonction de l'utilisation du moteur afin d'améliorer son rendement et ainsi économiser du carburant tout en disposant d'une possibilité d'augmentation de puissance.
Pour se faire, le principe est de se rapprocher de la combustion idéale lors d'une utilisation modérée du moteur puis d'augmenter la richesse lors de la demande de puissance. De plus, cette technologie permet de couper l'injection d'essence lors de la décélération permettant d'accentuer l'économie de carburant.
Tout le principe du système injection réside sur le contrôle précis du carburant pulvérisé dans l'admission d'air du moteur permettant ainsi d'optimiser la combustion par la gestion de la richesse.
A : Notion de richesse d'un mélange carburant
B : Analyse de la courbe du rapport Lambda
C : Mesure des valeurs de dosage
A - Notion de richesse d'un mélange carburant
La richesse indique la valeur de proportion entre l'Air et le Carburant du mélange admis dans la chambre de combustion. La qualité de la combustion dépend principalement de ce dosage.
Elle se caractérise par 3 tendances en comparaison au mélange idéal: Pauvre - Idéal - Riche
- Dosage carburant, ou FAR ( Coeff. A ) :
Le dosage carburant d'un moteur est le rapport "Masse Carburant réel" / "Masse Air réel" admis. Il peut être appelé FAR: Fuel Air Ratio (Ne pas confondre avec Air Fuel Ratio qui est l'inverse). Le FAR indique la masse de carburant consommé pour 1g d'air. Cette valeur n'est que peu utilisée à l'état brut.
- Dosage théorique idéal ( Coeff. B ) :
Le dosage idéal de 1g de Carburant pour 14.7g d'Air, appelé aussi mélange "stœchiométrique", génère une combustion homogène et complète, faiblement polluante. Il permet d'assurer le meilleur rendement du moteur se traduisant par une baisse de consommation mais au détriment de la puissance.
Ce coefficient de 1/14.7 est la référence permettant de déterminer la richesse du mélange Air-Carburant.
Spécificité du Superéthanole E85: Le rapport stœchiométrique est différent: 1/9.8. Il est nécessaire d'injecter 1.5 fois plus de carburant pour éviter qu'un moteur conçu pour le Supercarburant 97 ne fonctionne en mélange pauvre.
- Air Fuel Ratio, ou AFR ( 1 / Coeff. A ) :
L'Air Fuel Ratio, appelé singulièrement AFR, est le rapport "Masse Air réel" / "Masse Carburant réel" admis. C'est l'inverse de la valeur FAR. L'AFR indique la masse d'air consommé pour 1g de carburant. C'est la valeur souvent affichée par certains indicateurs embarqués et est comparée au rapport stœchiométrique 1 / Coeff. B, soit 14.7.
| 1 / Coeff. A < 1 / Coeff. B | 1 / Coeff. A = 1 / Coeff. B | 1 / Coeff. A > 1 / Coeff. B |
| FAR < 14.7 | FAR = 14.7 | FAR > 14.7 |
| Riche | Idéal | Pauvre |
| ➔ Moins d'Air que dans le dosage idéal | ➔ Autant d'Air que dans le dosage idéal | ➔ Plus d'Air que dans le dosage idéal |
Exemple: AFR = 14.7 (régime stabilisé)
14.7 x ( 1/14.7)= 1
Soit :
1g de Carburant pour 14.7g d'Air
Richesse = 1 ➔ Idéal / Lambda λ = 1 / AFR = 14.7
- Richesse carburant ( Coeff. A / Coeff. B ) :
La richesse est le rapport "Dosage carburant" / "Dosage idéal". La richesse indique la masse de Carburant consommé pour 14.7g d'Air. Cette valeur est peu utilisée et est remplacée par le rapport d'air Lambda (courbes) ou AFR (indicateurs).
| Coeff. A < Coeff. B | Coeff. A = Coeff. B | Coeff. A > Coeff. B |
| Richesse <1 | Richesse =1 | Richesse >1 |
| Pauvre | Idéal | Riche |
| ➔ Moins de Carburant que dans le dosage idéal | ➔ Autant d'essence que dans le dosage idéal | ➔ Plus d'essence que dans le dosage idéal |
Exemple: Richesse = 1.16 (puissance Maxi)
1.16 x ( 1/14.7)= 0.079
Soit :
0.079g de Carburant pour 1g d'Air
1g de Carburant pour 12.64g d'Air
1.16g de Carburant pour 14.7g d'Air
Richesse = 1.16 ➔ Riche / Lambda λ = 0.86 / AFR = 12.64
- Rapport d'air Lambda ( Coeff. B / Coeff. A ) :
Dans l’industrie automobile, ce rapport est représenté par la lettre grecque Lambda (λ). Lambda est le rapport "Dosage idéal" / "Dosage carburant" et représente donc l'inverse de la richesse.
| Coeff. A < Coeff. B | Coeff. A = Coeff. B | Coeff. A > Coeff. B |
| Lambda λ<1 | Lambda λ=1 | Lambda λ>1 |
| Riche | Idéal | Pauvre |
| ➔ Moins d'Air que dans le dosage idéal | ➔ Autant d'Air que dans le dosage idéal | ➔ Plus d'Air que dans le dosage idéal |
Exemple : Lambda λ = 1.05 (économie carburant Maxi)
(1/14.7) / 1.05 = 0.064
Soit :
0.064g de Carburant pour 1g d'Air
1g de Carburant pour 15.43g d'Air
0.95g de Carburant pour 14.7g d'Air
Richesse = 0.95 ➔ Pauvre / Lambda λ = 1.05 / AFR =15.43
| La valeur de richesse prends en considération la quantité carburant par rapport à celle liée au dosage stochiométrique. A l'inverse, les pays anglo-saxons, ainsi que l'Allemagne, préfèrent considérer la quantité d'air par rapport au dosage stochiométrique. De ce fait, il confient de se baser sur la valeur Lambda (courbes) ou AFR (indicateurs) qui sont beaucoup plus utilisées. Ce qui rend incohérent la notion de richesse: Plus les valeurs de Lambda λ ou AFR sont basses, plus la richesse est importante. |
B - Analyse de la courbe du rapport Lambda
On s’aperçoit que λ = 1, le dosage idéal, ne représente pas la puissance maximum, ni la consommation d'essence minimum.
| Lambda λ = 1 (Idéal) | |
| Avantage | Meilleur rendement, combustion homogène et complète. |
| Pollution | Faible émission de polluant. |
| Remarque | Puissance et consommation carburant ne sont pas optimums. |
| Lambda λ < 1 (Riche) | |
| Avantage | La puissance maximum est obtenue lors d'un dosage riche et se situe vers Lambda=0,86 (Richesse=1.16). Elle décroit ensuite. |
| Pollution | Monoxyde de carbone (CO) et à l'hydrocarbure (HC) |
| Remarque | Lors des phases d'accélération et vitesse maximum, il est préférable d'enrichir le mélange pour obtenir la pleine puissance du moteur. Jusqu'à une certaine limite, puisqu'un mélange trop élevé en carburant entraînera une baisse de la puissance ainsi qu'une surconsommation carburant du aux hydrocarbures imbrûlés. La combustion est incomplète, il y a risque de laver les cylindres et de casser le film de lubrification. De l'essence peut passer dans l'huile |
| Lambda λ >1 (Pauvre) | |
| Avantage | Consommation carburant la plus faible à Lambda=1.05 (Richesse=0.95). |
| Pollution | Oxyde d'azote (NOx). |
| Remarque | La plage est très étroite et il est plus judicieux de chercher Lambda=1. En effet, il est néfaste pour un moteur de fonctionner en dosage pauvre car entraîne une surchauffe car la dissipation de chaleur par l'évaporation du carburant est trop faible. De plus, la puissance est diminuée. |
C - Mesure des valeurs de dosage
Pour mesurer le coefficient d'air, et par conséquence la valeur de richesse du mélange, on peut donc recourir à la sonde à oxygène, dite Lambda, associée à un indicateur.
L'affichage diffère suivant le modèle d'indicateur. Il peut indiquer suivant le modèle proposé, ou le mode:
- La valeur Lambda λ
➔ Lambda λ = valeur indiquée
➔ AFR = valeur indiquée x 14.7
➔ Richesse = 1 / valeur indiquée
et/ou
- Le Ratio Air/Essence AFR, soit la teneur en oxygène pour 1g de carburant
➔ AFR = valeur indiquée
➔ Lambda λ = valeur indiquée / 14.7
➔ Richesse = 14.7 / valeur indiquée
Attention, il y a deux catégories de sonde oxygène dite Lambda. L'indicateur doit être donc adapté à la sonde montée.
| Type de sonde | Avantage | Inconvénients |
| Bande étroite (type saut de tension) | Coût moindre | Moins précise |
| Bande large (adaptée aux injections directes et diesel) | Meilleure précision | Coût plus élevé |
Plus d'info sur le fonctionnement de la sonde Lambda, voir Normes anti-pollution/Sonde Lambda p3.2
La mesure du CO des gaz d'échappement détermine la qualité de la combustion et reflète donc le dosage.
Il suffit de comparer la valeur de CO mesurée aux courbes Lambda pour obtenir la valeur théorique, ou un abaque, voir tableau ci dessous.
______ avec pot catalytique _____
_ _ _ _ sans pot catalytique _ _ _ _
| Valeurs sans pot catalytique | |||
| CO à l'échappement | Lambda λ | AFR | Richesse |
| 7.0% | <0.80 | <12 | >1.25 |
| 5.2% | ~0.85 | ~12.5 | ~1.18 |
| 3.7% | ~0.90 | ~13.2 | ~1.11 |
| 2.3% | ~0.93 | ~13.8 | ~1.08 |
| 1.5% | ~0.97 | ~14.3 | ~1.03 |
| 1.1% | ~0.98 | ~14.4 | ~1.02 |
| 0.9% | ~1.0 | ~14.7 | ~1.0 |
| 0.6% | ~1.02 | ~15 | ~0.98 |
| 0.3% | ~1.03 | ~15.15 | ~0.97 |
| 0.28% | ~1.04 | ~15.3 | ~0.96 |
| 0.24% | 1.05 -1.25 | 15.4 -18 | 0.95 - 0.8 |
| - | >1.25 | >18 | <0.8 |
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