Qu’est-ce qu’un ECU ?

L’utilisation du terme ECU peut être utilisée pour désigner une unité de contrôle du moteur, cependant ECU désigne également une unité de contrôle électronique, qui est un composant de tout système mécatronique automobile, et pas seulement pour le contrôle d’un moteur.

Dans l’industrie automobile, le terme ECU désigne souvent une unité de contrôle du moteur (ECU), ou un module de contrôle du moteur (ECM). Si cette unité contrôle à la fois un moteur et une transmission, elle est souvent décrite comme un module de commande du groupe motopropulseur (PCM).

Pour les besoins de cet article, nous parlerons de l’ECU en tant qu’unité de commande du moteur.

Que fait une ECU ?

Fondamentalement, l’ECU du moteur contrôle l’injection du carburant et, dans les moteurs à essence, le moment de l’étincelle pour l’allumer. Il détermine la position des organes internes du moteur à l’aide d’un capteur de position du vilebrequin, de sorte que les injecteurs et le système d’allumage soient activés précisément au bon moment. Bien que cela semble être quelque chose qui peut être fait mécaniquement (et l’a été dans le passé), il y a maintenant un peu plus que cela.

Un moteur à combustion interne est essentiellement une grosse pompe à air qui s’alimente en carburant. Au fur et à mesure que l’air est aspiré, il faut fournir suffisamment de carburant pour créer de la puissance afin de soutenir le fonctionnement du moteur tout en ayant une quantité utile restante pour propulser la voiture lorsque cela est nécessaire. Cette combinaison d’air et de carburant s’appelle un « mélange ». Trop de mélange et le moteur tournera à plein régime, trop peu et le moteur ne pourra pas s’alimenter ou propulser la voiture.

Non seulement la quantité de mélange est importante, mais le rapport de ce mélange doit être correct. Trop de carburant – trop peu d’oxygène, et la combustion est sale et gaspilleuse. Trop peu de carburant – trop d’oxygène, et la combustion est lente et faible.

Les moteurs avaient autrefois cette quantité et ce rapport de mélange contrôlés par un dispositif de dosage entièrement mécanique appelé carburateur, qui n’était guère plus qu’une collection de trous de diamètre fixe (jets) à travers lesquels le moteur « aspirait » le carburant. Les exigences des véhicules modernes se concentrant sur l’efficacité énergétique et la réduction des émissions, le mélange doit être contrôlé plus étroitement.

La seule façon de répondre à ces exigences strictes est de confier le contrôle du moteur à une ECU, l’unité de contrôle du moteur. L’ECU a pour mission de contrôler l’injection de carburant, l’allumage et les auxiliaires du moteur en utilisant des équations et des tableaux numériques stockés numériquement, plutôt que par des moyens analogiques.

Gestion précise du carburant

Un calculateur doit tenir compte de nombreuses variables lorsqu’il décide du bon rapport de mélange.

• Demande du moteur
• Température du moteur/du liquide de refroidissement
• Température de l’air
• Température du carburant
• Qualité du carburant
• Restriction variable du filtre
• Pression de l’air

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• Efficacité de pompage du moteur

Ces éléments nécessitent un certain nombre de capteurs pour mesurer ces variables et les appliquer à la logique de la programmation du calculateur pour déterminer comment les compenser correctement.

Une augmentation de la demande du moteur (comme l’accélération) nécessitera une augmentation de la quantité globale de mélange. En raison des caractéristiques de combustion des carburants utilisés, elle nécessite également une modification du rapport de ce mélange. Lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélérateur, le papillon des gaz s’ouvre pour laisser entrer plus d’air dans le moteur. L’augmentation du débit d’air vers le moteur est mesurée par le capteur de débit d’air massique (MAF) afin que le calculateur puisse modifier la quantité de carburant injectée, en maintenant le ratio de mélange dans les limites.

Cela ne s’arrête pas là. Pour obtenir les meilleurs niveaux de puissance et une combustion sûre, l’ECU doit modifier le rapport du mélange et injecter plus de carburant à plein régime qu’en régime de croisière – c’est ce qu’on appelle un « mélange riche ». À l’inverse, une stratégie d’alimentation ou un défaut qui entraîne l’injection d’une quantité de carburant inférieure à la normale entraînerait un « mélange pauvre ».

En plus de calculer l’alimentation en carburant en fonction de la demande du conducteur, la température joue un rôle considérable dans les équations utilisées. L’essence étant injectée sous forme liquide, une évaporation doit se produire avant qu’elle ne brûle. Dans un moteur chaud, cela est facile à gérer, mais dans un moteur froid, le liquide a moins de chances de s’évaporer et il faut injecter plus de carburant pour maintenir le rapport de mélange dans la plage correcte pour la combustion.

Retour de flamme : Avant l’utilisation de l’ECU, cette fonction était gérée par un  » starter  » sur le carburateur. Ce starter était simplement un volet qui limitait le flux d’air dans le carburateur en augmentant la dépression au niveau des gicleurs pour favoriser un plus grand débit de carburant. Cette méthode était souvent imprécise, problématique et nécessitait un réglage régulier. Beaucoup étaient réglés manuellement par le conducteur pendant la conduite.

La température de l’air joue également un rôle dans la qualité de la combustion de la même manière que la variation de la pression atmosphérique.

Perfectionner la combustion

Puisqu’un moteur de voiture passe la plupart de son temps à mi-régime, le calculateur se concentre sur une efficacité maximale dans ce domaine. Le mélange idéal, où tout le carburant injecté est brûlé et où tout l’oxygène est consommé par cette combustion, est connu sous le nom de  » stœchiométrique  » ou souvent de  » Lambda « . Dans des conditions stœchiométriques, Lambda = 1,0.

La sonde d’oxygène des gaz d’échappement (sonde Lambda, sonde O2, sonde d’oxygène ou HEGO) mesure la quantité d’oxygène restant après la combustion. Cela indique au moteur s’il y a un excès d’air dans le rapport de mélange – et naturellement s’il y a un excès ou une insuffisance de carburant injecté. Le calculateur lit cette mesure et ajuste en permanence la quantité de carburant injectée pour que le mélange soit aussi proche que possible de Lambda = 1,0. C’est ce qu’on appelle le fonctionnement en « boucle fermée », et c’est une contribution majeure à l’efficacité avancée qui découle de l’utilisation des calculateurs de moteur.

En raison des réglementations strictes sur les émissions maintenant en vigueur, il existe de nombreux autres systèmes sur un moteur qui aident à réduire la consommation de carburant et/ou l’impact environnemental. Il s’agit notamment de :

• Recirculation des gaz d’échappement (EGR)
• Catalyseur et réduction catalytique sélective
• Réaction d’injection d’air d’échappement (AIR)

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• Filtres à particules diesel (DPF)
• Structuration du carburant
• Injection d’additifs à l’échappement (comme l’AdBlue)
• Contrôle des émissions par évaporation. (EVAP)
• Turbocharge et suralimentation
• Systèmes de motorisation hybride
• Commande variable des soupapes (telle que VTEC ou MultiAir)
• Commande variable de l’admission

Chacun des systèmes ci-dessus affecte le fonctionnement du moteur d’une manière ou d’une autre et, par conséquent, doit être sous le contrôle total du calculateur.

Comment fonctionne un calculateur ?

Un calculateur est souvent appelé le  » cerveau  » du moteur. C’est essentiellement un ordinateur, un système de commutation et un système de gestion de l’énergie dans un très petit boîtier. Pour fonctionner même à un niveau de base, il doit intégrer 4 domaines de fonctionnement différents.

• Entrée
  Ceci comprend généralement des capteurs de température et de pression, des signaux marche/arrêt et des données provenant d’autres modules du véhicule et c’est ainsi qu’un calculateur recueille les informations dont il a besoin pour prendre des décisions.
• Un exemple d’entrée serait un capteur de température du liquide de refroidissement ou un capteur de position de la pédale d’accélérateur. Les demandes du module du système de freinage antiblocage (ABS) peuvent également être prises en compte, par exemple pour l’application du contrôle de la traction.
• Traitement

Une fois que les données ont été recueillies par le calculateur, le processeur doit déterminer les spécifications de sortie, telles que la largeur d’impulsion de l’injecteur de carburant, selon les directives du logiciel stocké dans l’unité.

• Le processeur ne lit pas seulement le logiciel pour décider de la sortie appropriée, il enregistre également ses propres informations, telles que les ajustements de mélange appris et le kilométrage.
• Sortie
  Le calculateur peut alors effectuer une action sur le moteur, permettant à la bonne quantité de puissance de contrôler les actionneurs avec précision.
• Cela peut inclure le contrôle de la largeur d’impulsion de l’injecteur de carburant, le calage exact du système d’allumage, l’ouverture d’un corps de papillon électronique ou l’activation d’un ventilateur de refroidissement du radiateur.
• Gestion de la puissance

Le calculateur a de nombreux besoins internes en puissance pour que les centaines de composants internes fonctionnent correctement. En plus de cela, pour que de nombreux capteurs et actionneurs fonctionnent, la tension correcte doit être fournie par l’ECU aux composants autour de la voiture. Cela peut être juste un 5 Volts stable pour les capteurs, ou plus de 200 Volts pour les circuits d’injection de carburant.

• Non seulement la tension doit être correcte, mais certaines sorties doivent gérer plus de 30 Ampères, ce qui crée naturellement beaucoup de chaleur. La gestion thermique est un élément clé de la conception du calculateur.

Fonctionnement de base du calculateur

La première étape du fonctionnement du calculateur est en fait la gestion de l’alimentation. C’est là que les différentes tensions sont régulées et que la mise sous tension du calculateur est gérée. La plupart des calculateurs ont une gestion de l’alimentation sophistiquée en raison de la variété des composants à l’intérieur, régulant avec précision 1,8V, 2,6V, 3,3V, 5V, 30V et jusqu’à 250V, le tout à partir de l’alimentation 10-15V de la voiture. Le système de gestion de l’alimentation permet également au calculateur d’avoir un contrôle total sur le moment où il s’éteint – c’est-à-dire pas nécessairement lorsque vous coupez le contact.

Une fois que les tensions correctes sont fournies, les microprocesseurs peuvent commencer à démarrer. Ici, le microprocesseur principal lit le logiciel dans la mémoire et effectue un autocontrôle. Il lit ensuite les données des nombreux capteurs du moteur et les convertit en informations utiles. Ces informations sont souvent transmises par le CANbus – le réseau informatique interne de votre voiture – à d’autres modules électroniques.

Une fois que le microprocesseur principal a interprété ces informations, il se réfère aux tables numériques ou aux formules du logiciel et active les sorties selon les besoins.

Exemple. Si le capteur de position du vilebrequin indique que le moteur est sur le point d’atteindre la compression maximale sur l’un des cylindres, il activera un transistor pour la bobine d’allumage correspondante. La formule et les tableaux susmentionnés au sein du logiciel feront en sorte que l’activation de ce transistor soit retardée ou avancée en fonction de la position du papillon des gaz, de la température du liquide de refroidissement, de la température de l’air, de l’ouverture de l’EGR, du rapport de mélange et des mesures précédentes montrant une combustion incorrecte.

Le fonctionnement du processeur principal à l’intérieur de l’ECU et l’activation de nombreuses sorties sont supervisés par un microprocesseur de surveillance – essentiellement un deuxième ordinateur qui s’assure que l’ordinateur principal fait tout correctement. Si le microprocesseur de surveillance n’est pas satisfait d’un aspect quelconque de l’ECU, il a le pouvoir de réinitialiser l’ensemble du système ou de l’arrêter complètement. L’utilisation du processeur de surveillance est devenue impérative avec l’application de la commande des gaz drive-by-wire en raison des problèmes de sécurité si le microprocesseur principal venait à développer une défaillance.

Diagnostic d’un calculateur et de ses périphériques

La complexité de la mise en œuvre de tout ce contrôle, de toutes ces entrées et de toutes ces sorties nécessite une capacité d’autodiagnostic relativement avancée – le diagnostic traditionnel du moteur devient obsolète. Les entrées et les sorties d’un calculateur sont contrôlées individuellement par le processeur, souvent des dizaines de fois par seconde, pour s’assurer qu’elles sont dans les tolérances définies dans le logiciel. Si une lecture de capteur sort de ces tolérances pendant la période de temps prédéterminée, un défaut est enregistré et un code d’erreur stocké pour être récupéré par le technicien.

Codes d’erreur

Lorsqu’un code d’erreur est stocké dans la mémoire, il entraîne généralement le contournement d’une partie de la logique au sein du logiciel avec une efficacité réduite du moteur, bien que le moteur soit toujours capable de fonctionner à un niveau de base. Dans certaines circonstances, la routine d’autodiagnostic découvre un défaut grave qui soit empêche fondamentalement le moteur de fonctionner, soit arrête le moteur dans l’intérêt de la sécurité.

Avec la gestion moderne du moteur, la première étape de diagnostic des défauts pour un technicien automobile consiste à accéder aux codes de défaut de la mémoire du calculateur. Ceux-ci sont souvent stockés sous forme de codes alphanumériques à 5 chiffres commençant par un P, un B, un C ou un U, suivis de 4 chiffres. Les détails de ces codes et leurs descriptions peuvent être trouvés ici : Codes d’erreur OBDII

En plus de ces codes, le technicien peut également visualiser les données des capteurs en direct via l’outil de diagnostic pendant que le véhicule roule. Cela lui permet de voir une lecture de capteur qui est incorrecte, mais qui n’est pas hors tolérance avec une marge suffisante pour signaler un code d’erreur.

Commande électronique du papillon des gaz

Beaucoup de gens remettent en question la nécessité de la commande électronique du papillon des gaz. Introduite dans les années 90, elle équipe désormais presque tous les moteurs produits aujourd’hui, mais quels sont les avantages par rapport à un câble traditionnel ?

Jusqu’aux années 80, la plupart des commandes d’accélérateur/de gaz étaient gérées par un câble reliant la pédale au carburateur. Le régime de ralenti était réglé en ajustant simplement une vis pour maintenir le volet d’accélérateur légèrement ouvert jusqu’à ce que le moteur tourne correctement au ralenti. Cette méthode simple nécessitait un réglage régulier du régime de ralenti et était sujette à des déviations lorsqu’un moteur était froid ou lorsque diverses pièces s’usaient.

Dans les années 1980, avec l’introduction généralisée des calculateurs, des clapets électroniques de contrôle de l’air de ralenti ont été introduits, ce qui a résolu beaucoup de ces problèmes, cependant le calculateur contrôlait maintenant une partie du flux d’air et pourtant tous les autres composants restaient.

L’efficacité du fonctionnement du moteur et l’efficacité de l’assemblage des voitures allant de l’avant, la commande électronique du papillon des gaz a été introduite. Cela a accéléré la fabrication d’une voiture (pas de câbles d’accélérateur rigides passant à travers la cloison pare-feu), cela a supprimé le besoin d’une soupape de contrôle de l’air de ralenti et cela a permis à l’ECU du moteur un contrôle supplémentaire sur le moteur pour une meilleure fonction EGR, un meilleur contrôle de l’arrêt du moteur et un meilleur démarrage.

Un avantage important de la commande électronique de l’accélérateur est que l’ECU peut ajuster l’angle de l’accélérateur pendant l’accélération pour complimenter le flux d’air réel à travers le moteur. Cela améliore la vitesse à laquelle l’air passe dans l’admission et permet des gains de couple et de motricité. Ce phénomène est connu sous le nom de torque-mapping et n’est possible qu’avec la commande électronique des gaz.

Adaptations

Les véhicules modernes sont construits avec des tolérances beaucoup plus serrées que ceux du passé, mais ils sont toujours sensibles aux variations de fabrication, à l’usure mécanique et aux aspects environnementaux. À ce titre, ils sont capables de s’adapter à des changements progressifs dans le fonctionnement du moteur.

Exemple. Lorsqu’un filtre à air est obstrué par de la poussière, le calculateur peut faire tourner le moteur avec une quantité d’injection de carburant légèrement réduite pour compenser. Cela lui permet de fonctionner au maximum de son efficacité dès le démarrage du moteur, plutôt que de démarrer aux niveaux d’usine et de travailler vers le mélange optimal à chaque trajet. Il y parvient en mémorisant les valeurs Lambda sur les trajets précédents.

Ces adaptations ne s’appliquent pas seulement aux filtres à air bloqués, mais à de nombreux systèmes sur un moteur ou une transmission. Lorsque les composants des systèmes hydrauliques s’usent, ils nécessitent des modifications du moment de l’activation des solénoïdes pour compenser. De même, à mesure que le moteur s’use tout au long, la capacité à être une pompe à air se détériore légèrement et l’angle d’ouverture du volet d’accélérateur devra être modifié pour maintenir un régime de ralenti correct.

La chronologie de l’ECU

années 1970

Les ECU ont commencé par contrôler simplement quelques solénoïdes sur les carburateurs pour les faire fonctionner plus efficacement. Certaines ont commencé à contrôler le mélange au ralenti.

1980

Avec l’introduction de l’injection de carburant, l’ECU a assumé un nouveau rôle, celui d’être entièrement responsable de la gestion du carburant et de l’allumage des moteurs à essence.

Le contrôle Lambda en boucle fermée a rapidement été inclus et l’ECU a rapidement entamé une nouvelle ère dans l’efficacité des moteurs.

1990

L’ECU s’occupait désormais de la sécurité des véhicules. Il commençait également à apparaître sur les moteurs Diesel, ce qui n’a pas été pour rien dans le succès du moteur turbodiesel au cours des deux décennies suivantes.

2000

L’adoption de la commande des gaz Drive-by-Wire, du contrôle du turbocompresseur et de nombreux systèmes d’émission, tous sous le contrôle étroit de l’ECU.

2010 et au-delà

L’ECU a maintenant un contrôle total sur la combustion du mélange, l’ouverture du papillon des gaz, le système de refroidissement et les systèmes d’émission. Il peut avoir plus d’une centaine d’entrées et de sorties et fait partie d’un réseau de dizaines d’autres unités de contrôle électronique dans le véhicule. Les systèmes hybrides s’appuient sur la communication avec l’ECU pour fonctionner, tandis que les fonctions d’aide à la conduite communiquent pour prendre le contrôle de la demande du moteur lorsque cela est nécessaire.