Comment fonctionne une cartographie moteur ?

Dernière modification : 04/04/2025 - 0

La gestion d’un moteur moderne (enfin plus ou moins, ça va faire 30 ans qu'on fait comme ça ..) repose comme vous le savez sur un calculateur électronique (ECU pour Engine Control Unit) qui contrôle en temps réel les organes du moteur qui peuvent l'être par des actionneurs électriques ou pneumatiques pour les plus anciens (ça existe toutefois encore, la pompe à vide est là pour ça). Pour y arriver il s’aide de ce que l'on appelle des cartographies appelées aussi "maps". Elles contiennent des consignes précises à destination des actionneurs, mais nous allons revenir plus en profondeur sur le fonctionnement. L’injection, le turbo, la vanne EGR ou encore le système de préchauffage (pour ne citer qu'eux) sont par exemple tous commandés par ce biais.

Cartographie = pilotage des organes moteurs

Le calculateur pilote chaque action en contrôlant directement plusieurs paramètres physiques : pour l’injection par exemple il module le temps d’ouverture des injecteurs, la pression dans la rampe commune (si il y en a une évidemment) ou encore le moment précis de l’injection par rapport à la position du vilebrequin. Concernant le turbo il peut modifier la pression de suralimentation en modifiant la commande d’une wastegate ou en agissant sur une géométrie variable via l’électrovanne dédiée. Tous les organes pilotables le seront par le calculateur, mais pour cela il faut que le calculateur sache quoi faire et quand le faire ...

A lire : les différents calculateurs d'une voiture moderne

De quoi se compose une cartographie : des *matrices ?

Le mot cartographie découle directement du terme anglais map qui veut dire « carte » (donc carte-ographie). Un peu comme une carte géographique qui situe des points dans l'espace, une cartographie moteur est une table de valeurs organisée sous la forme d'une matrice ressemble cette fois à un emploi du temps conditionnel (tu feras ça à telle heure si tu vois ça). Elle est souvent appelée map dans le jargon des pros.

Une cartographie moteur est souvent représentée de manière tridimensionnelle : elle repose sur deux axes de référence qui déterminent le contexte (X et Y) et une valeur de sortie (Z) qui représente l'action produite et son résultat. L’axe X peut être par exemple le régime moteur et l’axe Y une autre variable comme la charge ou la température. La valeur Z la consigne à appliquer selon la combinaison des deux premiers. En gros, chaque point de la matrice représente une consigne à appliquer sur l'organe en question, car comme on va le voir plus loin il y a autant de cartographie que d'organes pilotables ...).

Les axes/repères et le contenu d’une cartographie varient selon la fonction qu’elle contrôle. Une cartographie de durée d’injection aura comme axes le régime moteur (X) et la quantité de carburant à injecter (Y). Le résultat Z est ici un temps d’ouverture des injecteurs exprimé en microsecondes. Dans une cartographie de pression turbo, on peut retrouver le régime moteur (X), la charge (pression sur accélérateur) ou la demande de couple (Y), et la pression de turbo souhaitée en Z qui se pilote avec la wastegate. Chaque cartographie est donc une sorte de carte topographique qui définit une action (valeur Z) en fonction d’une position sur deux axes X et Y.

D'autres organes, comme la vanne EGR ou l’avance à l’allumage sur les moteurs essence, utilisent encore d’autres variables comme la température d’air d’admission, le cliquetis ou la qualité du carburant. Il existe aussi des cartographies à une dimension (dites 1D), notamment pour fixer des valeurs limites, comme la pression turbo maximale absolue (SVBL) qu'il ne faut pas dépasser et qui ne dépend de rien et d'aucune autre variable (c'est une consigne bête et méchante : ne pas dépasser X bar un point c'est tout).

Plusieurs cartographies travaillent ensemble ?

Il n'y a cependant par une cartographie générale qui pilote tout selon un plan bien défini (mais vous avez du commencer à le déduire en ayant lu le début du texte), le calculateur utilisent plusieurs cartographies différentes en même temps (ex : cartographie injection + turbo + EGR etc. chaque organe a une cartographie qui définit son pilotage) et il choisit aussi une cartographie typique selon le contexte (ex : une cartographie d'injection à froid et une autre à chaud).

Il choisit donc parmi plusieurs variantes d’une même cartographie pour un seul et même organe en fonction du contexte moteur. Ensuite, il exploite plusieurs familles de cartographies en parallèle, chacune dédiée à un organe ou à une fonction. L’injection est gérée par des *matrices de durée et d’avance, la suralimentation par des matrices de pression cible et de limitation, l’EGR par des cartographies de taux de recirculation, et l’allumage dans le cas des moteurs essence par des cartographies d’avance à l’allumage. Ca permet de synchroniser tous les paramètres moteur plusieurs centaines de fois par seconde.

En plus des cartographies principales, le calculateur s’appuie sur des cartographies de limitation. Leur rôle est de valider ou corriger les consignes issues des autres cartographies avant qu’elles ne soient appliquées aux actionneurs. Par exemple une cartographie d’injection peut demander 55 mg de carburant par cycle mais cette valeur est automatiquement comparée à plusieurs seuils définis dans les cartographies de limitation : couple maximal admissible (notamment pour la transmission, d'où des plats dans les courbes de couple), quantité maximale autorisée en fonction de l’air admis (limiteur de fumée), ou encore limite thermique si le moteur est trop chaud. Le calculateur compare la valeur demandée à toutes les limites, et ne retient que la plus basse pour garantir un fonctionnement sûr, propre et durable. Ainsi, les limitateurs jouent un rôle central dans la protection mécanique et le respect des normes environnementales, en encadrant en temps réel toutes les décisions prises par les autres cartographies.

Cartographie "sécurité"

Lorsqu’une valeur critique est dépassée ou qu’un capteur envoie une information incohérente ou aberrante, le calculateur moteur peut passer dans ce que l'on appelle le mode sécurité ou dégradé. Dans cette situation il bride les choses pour protéger le moteur : en réduisant le couple, la pression turbo ou la quantité de carburant injectée, faisant perdre beaucoup de puissance au moteur. Ce comportement ne repose pas sur une cartographie unique, mais sur un ensemble de valeurs de secours et de limitations réparties dans différentes zones mémoire. Le moteur continue alors de fonctionner mais de manière limitée le temps de corriger l’anomalie, ce qui permet de pouvoir rouler malgré tout pour rentrer chez soi tout en limitant les risques d'endommagement.

Données des capteurs

Mais pour savoir comment agir (et savoir où on se situe sur la matrice) le calculateur doit d’abord connaître le contexte moteur à chaque instant. Il le fait grâce aux données des dizaines de capteurs  : température de liquide de refroidissement, température d’air d’admission, pression atmosphérique, position de la pédale d’accélérateur, régime moteur, vitesse, sonde lambda, débit d’air (MAF), hauteur de l'éventuelle suspension pneumatique etc. Ces capteurs lui donnent une vision instantanée du contexte de fonctionnement. Le calculateur choisit alors les bonnes cartographies, calcule les consignes optimales et ajuste les actionneurs. Ce processus s’effectue plusieurs centaines de fois par seconde, avec une fréquence typique comprise entre 100 et 500 Hz.

A lire : la liste des capteurs d'une voiture

Cas concret : le 1.9 TDI 115 ch

Voyons un peu ce que l'on trouve dans la cartographie d'un 1.9 TDI de 115 ch par exemple.

Catégorie Fuel (injection)

Dans la section Fuel on retrouve les matrices qui pilotent directement l’injection. Les "Injector Duration Maps" permettent de savoir combien de temps les injecteurs doivent rester ouverts, en fonction de la quantité de carburant à injecter (IQ) et du régime moteur. Il y a plusieurs versions de cette matrice. Par exemple, une version s’applique à froid et une autre à chaud, et certaines sont utilisées dans des cas de transition ou pour le mode dégradé. À cela s’ajoutent les matrices de Start Of Injection (SOI), qui définissent le moment précis du début de l’injection, défini avec les degrés vilebrequin (sa position). Là encore, plusieurs cartographies coexistent selon la température moteur et d’autres paramètres contextuels.

Catégorie Limiters (limiteurs)

La catégorie Limiters contient des matrices de sécurité. Le Torque Limiter fixe une limite maximale à la quantité de carburant pouvant être injectée selon le régime moteur. Le Smoke Limiter, de son côté, empêche d’injecter trop de carburant si l’air admis est insuffisant pour limiter l’encrassement et les fumées noires. Le SVBL est un seuil fixe de pression turbo à ne pas dépasser. Il existe aussi des maps de limitation de l’avance à l’injection (SOI Limiter) selon la température moteur, ou encore des correcteurs MAF.

Catégorie Turbo

Du côté Turbo, on trouve la Boost Target Map, qui indique la pression de suralimentation à atteindre en fonction de la charge et du régime moteur. Elle est ajustée en permanence en fonction des conditions de roulage. D’autres matrices comme le Boost Limiter et le SVBL permettent de cadrer cette pression dans des limites admissibles.

Catégorie Misc

Enfin, la catégorie Misc rassemble toutes les maps dites secondaires. On y retrouve des corrections liées à la température, des cartographies de préchauffage ou encore des valeurs par défaut à utiliser en cas de capteur défaillant (si mon capteur de pression atmosphérique ne marche plus alors on va choisir une valeur assez standarde qui fait la moyenne de ce que l'on retrouve sur terre, un bar donc).

Autres catégories

Gestion du FAP

La présence d’un filtre à particules (FAP) induit des cartographies liées à la gestion de la régénération : fréquence, température cible, seuils de déclenchement et dosage de carburant supplémentaire en post-injection pour bruler ce qu'il y a dans le FAP. Le calculateur doit aussi prendre en compte la contre-pression dans l’échappement mesurée par des capteurs différentiels, ce qui permet de savoir à quel point il est bouché et si il faut produire la post-injection.

Gestion du catalyseur SCR (AdBlue)

Idem si le moteur est équipé d’un catalyseur SCR qui utilise de l’AdBlue pour réduire les oxydes d’azote (NOx), d’autres maps interviennent pour piloter le système d’injection d’urée. Le calculateur détermine en temps réel la quantité d’AdBlue à injecter en fonction du débit d’air, de la charge moteur et de la température du système. Des maps de température, de stratégie d’injection et de correction selon les capteurs de NOx sont également présentes.

Avance à l’allumage

Sur les moteurs essences l’avance à l’allumage (moment où la bougie va faire l'étincelle) doit être pilotée en fonction de la charge, du régime et du cliquetis éventuel.

Papillon

On retrouve aussi une gestion du papillon des gaz puisque les moteurs essence ne régulent pas la charge par la quantité de carburant injecté mais par l’ouverture du papillon (bon sur les diesels on a aussi désormais un papillon en raison de la présence de l'EGR).

Fonctionnalités supplémentaires sur essence moderne

Les moteurs essence modernes à injection directe peuvent aussi intégrer des cartographies de stratification (charge stratifiée pour économiser), de cliquetis, de coupure de certains cylindres (ex : ACT) et de transition entre les modes homogène et stratifié.

Hybride

N'omettons pas non plus les hybrides qui ont désormais un moteur électrique à coupler avec le reste ...

Beaucoup de choses ...

En réalité il y a vraiment beaucoup de choses à piloter dans le moteur, et voici une liste qui pourra vous montrer à quel point c'est devenu riche et complexe :

• Injecteurs (durée d’ouverture, moment d’injection)
• Pompe à injection
• Bougies de préchauffage (diesel)
• Bougies d’allumage (essence)
• Déphaseurs d’arbre à cames (VVT/VTC)
• Papillon des gaz
• Injecteurs d’air secondaire
• Turbo à géométrie variable (via électrovanne N75)
• Wastegate
• Vanne EGR
• Volets d’admission (swirl flaps)
• Vanne de bypass du refroidisseur d’EGR
• Dérivation d’intercooler actif
• Injecteur d’AdBlue (système SCR)
• Vanne de purge du canister (essence)
• Système de post-injection pour chauffage catalyseur ou régénération FAP
• Déflecteur d’échappement
• Thermostat(s)
• Pompe à eau électrique
• Ventilateurs moteur
• Pompe à huile à débit variable
• Pompe à vide électrique
• Pompe à carburant basse pression
• Compresseur de climatisation
• Alternateur piloté (smart charging)
• Volets aérodynamiques actifs dans la calandre

Elles marchent ensemble

Chaque catégorie fonctionne en coordination avec les autres. Lorsqu’une demande d’accélération est détectée, l’ECU consulte la matrice Driver’s Wish (demande du conducteur) pour interpréter le niveau de couple souhaité. Ca se matérialise en quantité de carburant à injecter qui va toutefois être aussitôt vérifiée par les filtres des Limiters. Une fois la quantité finale validée, l’ECU consulte la bonne matrice de durée d’injection, détermine le bon timing via le SOI et ajuste aussi la pression turbo via les cartographies de la catégorie Turbo. Tout cela se fait en quelques millisecondes et ce je le rappelle plusieurs fois par seconde ...

Ca montre bien que la cartographie moteur n’est pas une suite de règles figées mais un ensemble dynamique et hiérarchisé qui s’adapte à chaque instant à l’état du moteur et aux demandes du conducteur.

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