Injecteurs et alimentation d'essence

Pour commencer, quelques principes de base…

Pour faire fonctionner correctement un moteur essence à 4 temps il faut 3 éléments principaux :

- de l'air

- de l'essence

- une étincelle

Le tout doit bien sûr être synchronisé correctement pour produire la combustion. Si l'un de ces éléments vient à manquer, ou est mal synchronisé avec les autres, la combustion n’a plus lieu correctement.

Pour réaliser cette combustion, l'air est admis dans le moteur, via le filtre à air, par le papillon d'admission, dont l'ouverture est commandée par la poignée de gaz. En fonction de la quantité d'air absorbée (et donc de l'ouverture du papillon, c’est à dire de la rotation de la poignée des gaz), l'ECU (calculateur) détermine quelle quantité d'essence doit être injectée pour réaliser une combustion correcte. L’ECU commande l'ouverture des injecteurs pendant un certain temps et déclenche ensuite l'étincelle via les bobines d’allumage connectées aux bougies.

Les injecteurs sont reliés à une rampe d'injection, qui est alimentée en essence sous pression par la pompe à essence.

Pour augmenter la quantité d'essence à injecter, il faut donc soit augmenter le temps d'ouverture des injecteurs, soit augmenter la pression dans la rampe d'injection (lors d’une préparation moteur, par exemple).

La pression d'essence n'est pas réglable, car la pompe à essence est équipée d'un régulateur de pression fixe (on peut installer un régulateur de pression réglable dans le cas d’une préparation moteur). C'est donc sur le temps d'ouverture des injecteurs que l'ECU va jouer pour injecter plus ou moins d'essence.

Il y a bien sûr une limite supérieure à ce système, c'est le temps maximum d'ouverture des injecteurs avant que le cycle de détente/compression du moteur à 4 temps ne permette plus l'injection d'essence. Plus le moteur tourne vite, plus ce temps est court.

De plus, pour garantir une réserve suffisante pour compenser l'usure des composants et les différents paramètres variables de la combustion, comme la qualité de l'essence, la température d'air d'admission, etc.…, le temps d'ouverture des injecteurs est volontairement limité à environ 80% du temps d'ouverture maximal. C'est la marge de sécurité "standard" d'un système d'injection classique.

Il faut en effet savoir que si la quantité d'essence injectée est trop faible par rapport à la quantité d'air admise, il y a une forte augmentation de la température de combustion, pouvant aller jusqu'à la destruction des composants internes du moteur ! (On parle alors de mélange trop pauvre (Lean en anglais).

Sur un moteur d’origine, le système d'injection est dimensionné pour s'assurer de ne pas atteindre cette limite et il peut y avoir des capteurs qui servent à limiter le risque.

En cas de "petites" modifications, comme l'ajout d'un système d'admission d'air plus libre, l'augmentation du débit d'air peut être compensé par la marge de fonctionnement du système d'injection, mais pas forcément, dans ce cas il faut installer un régulateur de pression réglable afin d’augmenter la quantité d’essence admise pour enrichir un mélange devenu trop pauvre. On pourra ainsi obtenir une augmentation de puissance de "faible" à "très intéressante", mais il faudra que le système d'échappement soit également optimisé, libéré, pour bénéficier d'une amélioration substantielle (il faut évacuer la plus grosse quantité de gaz d'échappement générée).

En cas de modifications plus poussées (changement des arbres à cames, etc…), le système d'injection nécessitera impérativement l’installation d’un régulateur de pression d’essence réglable, afin de compensez un mélange trop pauvre pouvant mener à la casse moteur.

Il existe une autre limite, le débit maximal de la pompe à essence. Si le débit d'essence demandé par les injecteurs dépasse le débit pouvant être fourni par la pompe, la pression s'écroule et la quantité d'essence injectée devient insuffisante. Mais généralement les pompes à essence ont un débit suffisant pour permettre ces modifications.

Pour repousser ces limites, dans le cadre de préparations très poussées, on peut aussi installer des injecteurs plus "gros".

Pour la pompe à essence, il existe différents upgrades possibles, caractérisés par leur débit d'essence en litre/heure ( LPH en anglais ) à une pression définie (en général 3 bars, bien que la plupart des injecteurs peuvent supporter un peu plus).

Généralement, l'alimentation en essence est dite "à simple ligne"; la pompe met en pression la rampe d'injection, la pression est limitée par le régulateur dont la pompe est équipée ( comme si on continuait à gonfler un pneu avec une pompe qui a atteint sa pression maximum mais qui est protégé par une valve de surpression ).

Il existe d'autres système dit à "rampe de retour" où la pompe à essence débite dans la rampe d'injection où se situe le régulateur de pression. Le surplus d'essence qui n'est pas consommé par les injecteurs retourne au réservoir par l'intermédiaire d'une deuxième ligne située en "aval" du régulateur de pression. Ce système est plus adapté aux grosses pompes à essences et aux moteurs puissants.

Pour les injecteurs, il existe un grand nombre de modèles différents surtout caractérisés par leur débit en cc/min.

Il faut également savoir qu'il existe deux principaux types d'injecteurs, les "haute impédance" et les "faible impédance", en fonction de l'impédance de la bobine de commande (caractéristique électrique de l'électrovalve contenu dans l’injecteur).

De plus, les injecteurs se différencient par la forme de leur connecteur électrique et par leur connexion hydraulique à l'alimentation en essence.

Une autre de leur caractéristique est leur temps de manœuvre ou "lag time", correspondant au temps de passage de la position fermé à la position ouvert et/ou inversement.

Cependant on ne peut pas doubler la pression d'essence, ou tripler le débit des injecteurs comme on veut ! En effet, s'ils restent ouverts trop longtemps ("gros" lag time) ou si la pression d'essence est trop importante, le mélange sera trop saturé d'essence, la combustion sera mauvaise, le moteur et l'échappement vont s'encrasser et la consommation d'essence sera trop élevé. On parle alors de mélange trop riche (Rich en anglais).

Il y a également le risque de lavage des cylindres, la trop grande quantité d'essence va dissoudre le film d'huile sur la surface des cylindres, et les segments vont la rayer entrainant une baisse de compression !

NOTA : mélange optimum pour obtenir une combustion air/essence

Pour un moteur 4 temps "standard", la combustion de l'essence mélangé à l'air (environ 21% d'O2) est optimum lors qu'elle a lieu au rapport de 14.7:1 soit 14.7 parties d'air pour 1 partie d'essence, on parle alors de mélange stœchiométrique. Lorsque ce rapport baisse (trop d'essence par rapport au mélange stœchiométrique : Wink), on parle d'un mélange riche (Rich), et quand il y a trop d'air on parle d'un mélange pauvre (Lean).

En pratique, pour s'assurer que quelque-soient les conditions, le mélange ne sera pas pauvre (risque de destruction du moteur par surchauffe lors de la combustion), les constructeurs règlent les injections des moteurs atmosphériques pour que le mélange soit légèrement riche sur les moteurs "basiques" ou "sportifs" (par certaines astuces, les moteurs orientés "économiques" peuvent avoir une injection réglée pour être globalement pauvre afin de diminuer la consommation).

Sur les moteurs "sportifs", comme il y a beaucoup plus d'air qui rentre dans la chambre de combustion, et donc plus d'essence d'injectée, l’énergie développée est plus importante, ce qui entraine encore plus d'échauffement. Les injections sont alors réglées riche, le surplus d'essence permettant d'obtenir une combustion plus froide.

À noter qu'avec un ECU d’origine, le mélange n'est pas parfaitement stable sur toute la plage de fonctionnement du moteur, pouvant même passer de riche à légèrement pauvre, suivant les conditions.
On peut le mesurer le résultat de la combustion avec un lambda-mètre ou UEGO controler, qui mesure avant catalyseur, grâce à une sonde lambda large bande.

D’après : https://www.mrs-passion.fr/forum/viewtopic.php?p=156562&sid=5371f97c9ab527163ee653437bac9c5f#p156562