Rapport stœchiométrique («Air Fuel Ratio ou AFR» en anglais).
Avant de commencer la description des différents dispositifs mécaniques qui amène le carburant à l'intérieur du cylindre, il est important de comprendre un principe de base de tout moteur à combustion interne. Pour que la dite combustion est lieu on a absolument besoin de trois éléments fondamentaux. C'est ce que les pompiers appellent le triangle du feu. Sans ces trois éléments aucune combustion ne peut avoir lieu. Le premier élément est la chaleur. Ce dernier a été amplement discuté dans mes capsules sur l'allumage alors je ne reviendrai pas là-dessus. Le deuxième élément est le carburant. Dans le cas d'un moteur à combustion interne le carburant se trouve à être tout simplement l'essence de pétrole que vous prenez à la pompe de votre station service préférée. Finalement, le troisième élément est le comburant. Dans presque tous les cas ce sera de l'oxygène. D'autres substances peuvent être utilisée, mais elles n'amèneront que plus d'oxygène dans le mélange. Je vous parlerai de ces substances dans une capsule future dédiée au tuning et aux modifications. De plus, pour ce qui est de la chaleur on a simplement besoin d'en fournir assez pour enflammer le mélange carburant-comburant. La température à laquelle on doit monter dépend du carburant utilisé. Question de pas couper les cheveux en quatre, on peut assumer ici que la température est constante et que notre système d'allumage fournira suffisamment de chaleur pour une combustion. Ça peut se révéler plus ou moins vrai, mais je suis pas en train de vous faire un cours de thermodynamique de niveau universitaire.
La proportion entre le comburant et le carburant est aussi très importante. Trop de carburant et le mélange ne s'enflammera pas. Si on a trop de comburant, la même chose arrive, mais on peut aussi créer une explosion au lieu d'une combustion contrôlée. Ce rapport de proportion est ce que l'on appel le rapport stœchiométrique. C'est-à-dire, le rapport de proportion de masse entre le comburant et le carburant idéale pour avoir une combustion complète du carburant. Dans un moteur à combustion interne utilisant de l'essence de pétrole le rapport stœchiométrique est de 14,7 :1. Donc, on a 14,7 parts d'air pour 1 part d'essence. Évidemment, on ne peut pas utiliser d'oxygène pur alors on utilise l'air qui en contient à environ 20%.
En terme mécanique on parle souvent de mélange air-essence. On peut encore qualifier ce mélange de riche ou de pauvre. Je vous explique à l'instant. Un mélange riche est un mélange où il y a plus d'essence que d'air. On a donc un rapport stœchiométrique de moins de 14,7 :1. Un mélange riche pourra produire plus de puissance, mais jusqu'à une certaine limite. On parle de entre 12,5 et 13,3 :1. Cela dépend du rapport de compression et le taux d'octane de l'essence utilisée. Je vous donne plus de détails là-dessus plus bas. Passez un rapport AFR de 12,5 :1 on commence à perdre de la puissance. De plus, même avec un tel rapport, ce ne sera pas tout le carburant qui sera brûlé lors de l'explosion dans le cylindre. On pollue donc d'autant plus.
On peu aussi qualifié notre mélange-air essence de pauvre. C'est à dire qu'il y a plus d'air que d'essence. On a donc un rapport stœchiométrique de 14,8 et plus. On obtient alors le contraire d'un mélange riche en produisant moins de puissance. On diminue les émissions polluantes, mais on augmente de beaucoup le risque de détonation. Vous allez me demander qu'est ce que la détonation? Eh bien, dans un moteur à combustion interne ou un moteur à explosion on a jamais vraiment d'explosion comme tel. On parle plutôt d'une combustion rapide. En chauffant les gaz du mélange air-essence prenne de l'expansion et c'est ce qui produit le travail sur le piston. La même chose se produit dans le cas d'une explosion sauf que c'est beaucoup plus fort et rapide. En fait, c'est trop fort et c'est trop rapide. On essai donc, autant que possible de ne pas produire d'explosion dans la chambre de combustion. Si le mélange air-essence est trop pauvre on risque de provoquer les dites explosions et c'est ce que l'on appel la détonation dans le jargon des mécanos. La détonation peut gravement endommager votre moteur, on parle de bielles tordues ou de pistons troués dans les deux cas c'est plutôt terminal comme bris moteur.
Alors, j'espère que vous avez compris parce que c'est à ça que sert n'importe quel système d'injection d'essence. Il est là seulement pour s'assurer que le mélange air-essence injecté dans le moteur a le bon rapport stœchiométrique pour le travail qui lui est demandé, à l'instant même où il lui est demandé.
L'indice d'octanes.
Bon on va faire un peu de chimie. Je vous parlais plus haut de détonation et d'indice d'octane. Vous vous demandez surement qu'est-ce que l'indice d'octane? Eh bien, c'est pas très compliqué vous allez voir. On parle tout simplement de la capacité qu'a un carburant vendu à la pompe à résister à l'auto-allumage ou comme décris plus haut à la détonation. Ce qu'on fait c'est qu'on calcule la proportion d'un mélange d'iso-octane dans une solution d'heptane pour avoir les mêmes caractéristique que le carburant testé. Un exemple, l'essence ordinaire au Québec a un indice d'octane de 89, ce qui veut dire que l'essence a les mêmes capacités anti-détonation qu'un mélange composé de 89 % d'iso-octane et 11 % d'heptane. Ça ne veut pas dire que l'essence contient de l'iso-octane ou de l'heptane, ça veut seulement dire qu'elle a les mêmes propriétés qu'un tel mélange quant aux capacités anti-détonation. Plus l'indice d'octane est élevé, plus la résistance à la détonation sera élevé.
Je vais briser un mythe ici. L'essence suprême ou avec un indice d'octane plus élevé ne vous donnera pas plus de puissance ou du moins pas par elle-même. La seule façon de faire augmenter la puissance est de changer le rapport stœchiométrique ou le rapport de compression du moteur. Les systèmes à injection électronique modernes peuvent ainsi adopter une cartographie d'injection différente dépendant de l'indice d'octane ce qui permet au moteur de profiter d'un indice d'octane plus élevé. Pour ce qui est du rapport de compression, c'est une mesure qui est fixé au stade de conception du moteur et qui demande de grosses modifications mécaniques pour pouvoir la changer. Donc, ce n'est pas tellement l'indice d'octane qui donne plus de puissance, mais le moteur qui s'adapte en conséquence et encore là il faut que ce dernier soit capable de faire une telle chose.
Les carburateurs.
Un carburateur est simplement un dispositif qui permet de mélanger de l'air à de l'essence. C'est un des dispositifs de base du moteur à combustion interne, sans carburateur le moteur ne peut pas fonctionner. C'est aussi le carburateur qui s'assurera de maintenir le bon rapport stœchiométrique tout au long du travail du moteur.
Le principe de fonctionnement n'est pas très compliqué. En fait, cela fonctionne un peu comme le réservoir de votre toilette. On a un tuyau de diamètre constant qu'on place au dessus de la tubulure d'admission. Dans ce tuyau on a ce que l'on appel une venturi c'est-à-dire que le diamètre se rétrécit avant de reprendre son diamètre initial. À cette hauteur on a un petit trou qui mène à un petit réservoir ou de l'essence est entreposé. Au bout du tuyau du côté de la tubulure d'admission on retrouve le papillon des gaz. Quand le moteur tourne il se crée une dépression (un «vacuum») dans la tubulure d'admission et le carburateur. Cette dépression aspire l'air de l'extérieur en la faisant passé au travers du carburateur, le venturi accélère le flot d'air et crée une autre dépression locale cette fois au niveau du petit trou pour l'essence. Une certaine quantité d'essence est alors mélangé au flot d'air et envoyé dans les chambres de combustion du moteur. Et voilà, notre rapport stœchiométrique est respecté et on a envoyé une charge de mélange air-essence dans nos cylindres.
Il est bien important de comprendre ici que la pédale d'accélérateur ne contrôle pas du tout le flot de carburant, mais plutôt la quantité d'air qui est aspiré par le moteur. La quantité d'essence change grâce aux changements de pression dans la tubulure d'admission. Le diamètre du trou par lequel l'essence s'échappe est constant, il a donc une limite basse et une limite haute quant à la quantité d'essence qu'il peut laisser s'échapper. Le trou comme tel est ce que l'on appel le «jet» en anglais. Désolé, mais je n'ai pas aucune traduction en français pour ça. Le jet est calibré précisément en fonction du moteur auquel le carburateur est accouplée et il n'est pas ajustable, du moins dans la plupart des cas. Cela revient à dire que le carburateur est calibré pour fonctionner à une température et une pression ambiante spécifique et que si jamais on change ces deux données sa calibration ne sera plus bonne. Il pourrait ainsi, donnée une charge de mélange air-essence trop riche ou trop pauvre.
C'est le plus gros désavantage des carburateurs et c'est pourquoi on essaya assez rapidement de les remplacer par des systèmes plus perfectionnés pouvant s'adapter aux conditions atmosphériques changeantes. Quand vous achetiez votre voiture au concessionnaire, son carburateur était calibré pour fonctionner aux températures et pressions rencontrés à l'endroit où la voiture avait été conçu. Si elle était conçue dans une plaine au centre des États-Unis, évidemment la voiture ne rencontrerait pas les mêmes conditions dans les Alpes françaises. Donc, votre mécanicien préféré devait constamment ajuster le carburateur pour qu'il fonctionne correctement. De plus, en hiver lors de grand froid cela arrivait souvent que le carburant gèle carrément dans le carburateur, à ce moment plus moyen de rien faire votre voiture était en panne pour un bout. Aujourd'hui, il n'y a presque plus de carburateur dans le domaine automobile et ce depuis une bonne vingtaine d'années.
L'injection mécanique.
À la fin des années cinquante plusieurs ingénieurs essayèrent de trouver des solutions aux problèmes reliés aux carburateurs. La firme d'ingénierie allemande Bosch fut une des premières à commercialiser un système d'injection par injecteur. Bien évidemment, le tout n'était pas encore contrôlé électroniquement, mais c'était quand même l'ancêtre des systèmes actuels. La grande innovation dans ce système se trouvait à être l'injecteur.
Un injecteur est simplement une façon de pulvériser du carburant dans le flot d'air. Contrairement à un carburateur, l'injecteur mélange l'essence à l'air directement dans la tubulure d'admission presque à l'entrée des soupapes d'admission. Chaque cylindre a ainsi son propre injecteur ce qui permet un contrôle plus précis de la quantité d'essence admise dans les chambres de combustions. La façon dont ça fonctionne n'est pas très compliqué. Comme avec le carburateur on a une pompe à essence dans le réservoir qui amène l'essence jusqu'au moteur, mais contrairement à ce dernier on a une deuxième pompe, mécanique cette fois, qui augmente de beaucoup la pression et la garde constante. On utilise ensuite cette pression pour pulvériser l'essence dans le flot d'air. La façon dont on accomplit cette tâche est à l'aide de petite aiguille placé dans l'injecteur. Quand ce dernier n'injecte pas, l'aiguille bouche l'orifice de sortit. Quand on veut injecter, l'aiguille est ramené en arrière de quelques millimètres et l'essence, grâce à la pression bâtit par la pompe mécanique, est pulvériser sous pression dans le flot d'air.
Aujourd'hui, l'injecteur est complètement électronique, mais le premier système de Bosch n'utilisait que des cames et des engrenages pour déterminer le moment où les injecteurs devaient s'ouvrir. On avait même l'ancêtre du MAP, que je vous ai décris en détail dans ma capsule sur l'allumage, on parle simplement d'un clapet dans la prise d'air pour estimer la charge moteur. Ce type de système remplaça les carburateurs dans les véhicules de luxe au début des années 70. Volkswagen, adopta plusieurs systèmes Bosch à cette époque et c'est probablement de là que vient leurs réputation d'ingénierie allemande perfectionnée. Les systèmes mécaniques furent lentement, mais surement modifié pour incorporer des systèmes de contrôle électronique en surfant sur la vague des transistors et micro-ordinateur. Aujourd'hui, il n'y a plus vraiment de système d'injection mécanique, mis à part peut-être quelques voitures diesel.
À Suivre.
C'est tout pour aujourd'hui, on embarque dans le vif du sujet dans ma prochaine capsule, avec l'injection contrôlé par ordinateur.
Fin de la capsule mécanique.
Bouchon monstre en Chine.
Un bouchon de circulation sur l'autoroute Tibet-Beijing en Chine s'est formé le 14 août dernier. Le bouchon a atteint plus de 100 km et a commencé à se libérer le 24 août. La plupart des conducteurs pris dans le bouchon avançait environ 1 km par jour. Les utilisateurs de l'autoroute sont resté pris dans leurs voitures pendant un total de 10 jours. Semblerait que plusieurs petits commerçants et autres opportunistes en est profité pour faire une fortune. En effet, ils ont vendu de l'eau et des ramens aux automobilistes immobilisés, certaine fois à plus de trois fois le prix normal.
Semblerait que le tout est été causé par une augmentation des camions qui livre du charbon de contre-bande à la capitale chinoise. Espérons que ce genre de truc n'arrivera jamais ici, j'ai déjà de la difficulté à tolérer un simple ralentissement sur l'autoroute.
Honda Canada pourrait retirer des modèles de ses concessionnaires.
Semblerait que Honda s'apprête à retirer deux modèles des concessionnaires canadiens. Il s'agit de la Insight et de la Civic Hybride. La raison serait des ventes beaucoup trop basses. La rumeur veut que les concessionnaires est déjà reçu des instructions à ce sujet. Aux États-Unis la Toyota Prius se vend 5 fois plus que l'Insight alors ceci explique cela. Ce n'est pas moi qui va pleurer leur perte, surtout que cela laissera toute la place à la CR-Z qui est beaucoup plus intéressante.
Retour de Fiat et Alfa Romeo.
Depuis quelques mois déjà Fiat a acheté le constructeur américain Chrysler qui était sur le point de fermer ses portes. Bien ce que ce dernier ne soit pressentit pour retirer des profits cette année, les choses sont beaucoup plus rose qu'auparavant. Le PDG du groupe Fiat, Sergio Marchionne vient d'annoncer une nouvelle qui devrait encore améliorer la situation. D'après ses dires, certains concessionnaires Chrysler offriront des produits Fiat et Alfa Romeo dans leurs salles de montre d'ici 2012. Et ces modèles devrait aussi rejoindre notre magnifique pays nordique. La dernière fois que des Alfa Romeo ont été vendu au Québec c'était en 1995 et je suis très content que cette marque soit possiblement de retour sur nos routes.
2012 Chevrolet Orlando
Une superbe voiture que pour nous. Eh oui le Chevrolet Orlando malgré son constructeur, ne sera vendu qu'au Canada et en Europe. Un peu à la façon de la défunte Optra. L'Orlando est un multi-segment compacte basé sur la plate-forme de la Cruze. Chevrolet nous a dévoilé quelques détails, mais garde le gros de l'annonce pour le Salon de l'auto de Paris, au mois de septembre prochain. Tout de même on sait qu'il pourra être propulsé par 3 différents moteur, tous des 4 en lignes. On a un 1,8 L à essence qui développe 141 Hp et deux diesel, chacun de 2,0 L, mais avec des cartographie moteur différentes. Le premier est bon pour 131 Hp et l'autre pour 163 Hp. Attendez vous à voir seulement le moteur essence sur nos routes. Comme je vous le disais on aura plus de détails au Salon de Paris.
2012 Peugeot 3008 HYbrid 4
Peugeot nous présente aujourd'hui son nouveau modèle hybride. Il s'agit d'une première, puisque c'est le premier véhicule hybride diesel-électrique. C'est un hybride en parallèle, c'est à dire que le moteur diesel et le moteur électrique peuvent fonctionner au même moment. La consommation d'essence est extrêmement basse avec un score combiné ville/autoroute de 74 mpg et une émission de dioxyde de carbone de l'ordre de 99 g/km. Déjà qu'un moteur diesel consomme moins qu'un moteur semblable fonctionnant à l'essence en l'aidant avec un moteur électrique on améliore d'autant plus ses performances en terme d'économie de carburant.
Les plus fins observateurs se seront rendu compte que la Peugeot 3008, comme le reste de la gamme Peugeot par ailleurs, n'est pas vendu au Québec. Il s'agit d'un multi-segment compacte qui est vendu depuis quelques années déjà. À l'instar de la Toyota Auris dévoilé dernièrement, la 3008 reçoit donc une option de motorisation hybride et n'est pas un modèle développé expressément à cet effet.
Le moteur utilisé est un 4 cylindres en ligne de 2,0 L fonctionnant au diesel. Il développe 163 Hp et 221 lb-ft de couple. Ce moteur fait tourner les roues avant, tandis qu'un moteur électrique de 37 Hp fait tourner les roues arrières. Le tout est accouplé à une transmission manuelle robotisée à 6 rapports. Dépendant de ce que l'on demande à la pédale d'accélérateur la voiture peut donc vous donner un maximum de 200 Hp en traction intégrale. On a en tout 4 modes de fonctionnement. Le premier se nomme ZEV pour Zero-Emission Vehicle et dans ce mode on roule en tout électrique. On a ensuite le mode Auto qui détermine quelle combinaison de moteur est la plus appropriée selon la demande que le conducteur fait à la voiture. Le mode 4WD quant à lui permet de se servir du moteur électrique pour faire de la 3008 une voiture pseudo-traction intégrale. Finalement, on a le mode Sport qui est très semblable au mode Auto mais permet des changements de vitesses plus rapide et des accélérations plus poussés.
Pas vraiment de chances de voir arriver ça sur les routes du Québec, mais la technologie pourrait éventuellement filtré sur des modèles nord-américains.
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