Les conséquences d'un mélange pauvre pour le moteur
Que veut dire un moteur qui tourne en mélange pauvre et qu'induit de le faire fonctionner de cette manière ?
A lire aussi : conséquences d'un mélange riche
Mélange pauvre : notions essentielles
Comme vous le savez, un moteur a besoin de carburant et de comburant (air) pour qu'il puisse fonctionner. Cet état de fonctionnement sera alors optimal quand le ratio de ces deux substances sera au bon niveau.
Si il y a déficit de carburant par rapport à l'air alors on parlera de mélange pauvre, et si il y a déficit d'air on parlera alors de mélange riche.
L'air arrive par l'admission (contrôlée par le calculateur qui pilote le papillon et la suralimentation éventuelle) et le carburant par l'injection (pompe et injecteurs contrôlés par le calculateur qui a donc comme rôle de bien "cuisiner" en mélangeant les ingrédients à la bonne hauteur).
Sur un moteur essence fonctionnant au sans plomb il faudra être aux alentours de 14.7 doses d'air pour une dose de carburant (14.7:1) tandis que cela passera à 9.8 doses d'air pour une dose de carburant (9.8:1) dans le cas où on utilise de l'éthanol (qui n'a pas les mêmes propriétés physiques et énergétiques que le sans plomb). Sur un diesel on fonctionne en excès d'air à à peu près 20-30:1, le mélange n'est ici pas homogène comme sur un moteur essence d'où une manière de fonctionner assez différente (ce n'est pas la seule différence).
Quoi qu'il en soit, le mélange parfait n'existe pas, il est généralement soit un peu pauvre soit un peu riche, et le but ici est de voir ce qui se produit quand on atteint des niveaux trop importants.
Voyons donc dans cet article les conséquences d'un mélange pauvre, à savoir un excès d'air par rapport au carburant.
Température de combustion
Plus le mélange s'appauvrit plus la température de combustion a tendance à s'élever. Cet excès de chaleur peut alors induire des contraintes sur les parties internes des chambres de combustion comme vous vous en douterez, et le joint de culasse peut d'ailleurs rompre rapidement.
Pour contrer ce phénomène, on utilise parfois l'injection d'eau (qui rappelle le système pantone) qui aura tendance à réduire la température et l'apparition de particules fines, mais c'est loin d'être le dispositif le plus utilisé (voir chapitre suivant).
Pollution ?
La combustion à température élevée induit l'apparition de Nox, un gaz très irritant pour les poumons et qui fait polémique ces dernières années.
Pour refroidir la combustion, au delà de l'injection d'eau qui reste anecdotique, on a utilisé de manière généralisée la vanne EGR qui consiste à réinjecter dans les chambres de combustions une partie des gaz d'échappement. En réduisant le taux d'oxygène on a alors moins de combustion et donc une température en baisse (un peu comme on étoufferait un feu avec une couverture).
En revanche, le mélange pauvre implique une combustion quasi totale et donc très propre. Cela veut dire que si on génère du Nox, on aura en revanche moins de particules fines ou encore plus généralement moins de fumée à l'échappement.
Catalyseur
Il n'y a pas que le moteur qui souffre quand le mélange est pauvre, le catalyseur pourra lui aussi être dégradé suite à la température trop élevée des gaz d'échappement.
Consommation ?
En toute logique c'est en mélange pauvre qu'on consomme le moins. Et ça se comprend très facilement car si j'injecte moins de carburant je consomme moins de carburant ...
Le mélange pauvre est donc une manière de fonctionner qui peut faire mal au moteur mais qui en même temps induit de réduire les consommations. Les constructeurs sont alors très friands du mélange pauvre et ils font tout pour y parvenir (objectif réduction du CO2, car le CO2 est corrélé avec la quantité de carburant consommée contrairement aux particules fines ou Nox).
Cliquetis ?
Le mélange pauvre favorise le cliquetis moteur qui est destructeur pour les chambres de combustion. Le mélange pauvre est donc dangereux à deux titres : température trop élevée de la combustion et détonations multiples qui font des trous par ci et par là dans les chambres (cliquetis).
C'est finalement la technique utilisée pour le Skyactiv-X !
Bougie
Une combustion trop élevée liée à un mélange pauvre induira (sur moteur à allumage commandé) un blanchissement des bougies au niveau des électrodes. Cela peut donc être un bon moyen de vérifier si votre moteur tourne trop pauvre ou pas.
Ethanol ?
Le rapport stoechiométrique n'étant pas le même avec l'éthanol il faut alors injecter plus de carburant. Dans le cas où votre auto n'arrive pas à arriver à une richesse suffisante (injection ou lambda pas compétente pour s'adapter) alors vous tournerez en mélange pauvre
Charge stratifiée
Sur les moteurs essence, on cherche à pouvoir réduire la richesse le plus possible pour limiter les consommations. Et grâce à l'injection directe, les ingénieurs sont arrivés à faire en sorte de concentrer le carburant juste au niveau de la bougie (charge stratifiée), ce qui évite de remplir la chambre entière et donc de réaliser des économies de carburant (faisable à vitesse stabilisée et à régime moteur bas). Hélas cela produit une combustion non homogène qui génère des particules fines ...
Dans le cas d'un mélange pauvre homogène on aura une bonne combustion (pas de particules fines) mais des Nox ... Et grosso modo quand on gagne d'un côté on perd de l'autre, voilà pourquoi les ingénieurs sont confrontés à un vrai casse-tête.
Cause d'un mélange pauvre
Les causes peuvent être diverses et elle induisent obligatoirement un mauvais dosage du ration air/carburant. on aura donc soit un définit de carburant, soit un déficit d'air.
Un sonde lambda HS peut envoyer de mauvaises informations au calculateur qui enrichira alors de manière incorrecte (de moins en moins probable du fait qu'il y a désormais plusieurs sondes lambda).
Pour le déficit de carburant, cela concerne l'injection, l'arrivée de carburant en général (filtre, pompe de gavage, fuite etc.). Pour l'excès d'air on peut par exemple penser à une prise d'air parasite à l'admission (il y a donc trop d'air qui entre).
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