La smoke map : la limitation de débit par la masse d'air

Le limiteur de fumée est la table la plus caractéristique d'une gestion diesel. Elle n'a pas d'équivalent direct côté essence, et elle explique une grande partie des comportements de pleine charge.

Le problème qu'elle résout

Un moteur diesel travaille en excès d'air permanent : le carburant est injecté dans un cylindre déjà rempli, et c'est la quantité injectée qui fixe la charge. Rien, mécaniquement, n'empêche d'injecter plus que ce que l'air présent peut brûler. Le résultat est immédiat : combustion incomplète, fumée noire — des particules de carbone non brûlées — et température d'échappement qui grimpe.

La smoke map interdit cette situation. C'est une borne supérieure de la quantité injectable, calculée à partir de l'air disponible.

Comment elle se lit

Dans sa forme la plus répandue, c'est une cartographie à deux entrées :

• en abscisse ou en ordonnée, la masse d'air par coup, exprimée en milligrammes ;
• l'autre axe, le régime moteur ;
• dans chaque cellule, une quantité maximale de carburant, en milligrammes par coup.

Le rapport entre les deux grandeurs est en réalité un rapport air/carburant limite. La table ne fait donc que traduire, point par point, l'excès d'air minimal que le motoriste a jugé acceptable — un excès qui n'est pas constant, parce que la tolérance à la fumée dépend du régime, du niveau de recirculation des gaz et de la marge thermique du moment.

Toutes les calibrations ne rangent pas cette limitation de la même façon. Certaines l'expriment directement en quantité maximale, comme ci-dessus. D'autres l'expriment en couple maximal admissible compte tenu de l'air disponible, et laissent ensuite la chaîne de couple faire la conversion — le résultat est le même, mais la grandeur qui plafonne en diagnostic n'est pas la même. D'autres encore indexent la table par la pression de suralimentation plutôt que par la masse d'air, ce qui revient au même à température et altitude données mais se comporte différemment dès que l'une des deux varie. Savoir laquelle des trois formes on a en face explique pourquoi, sur deux véhicules, le plateau ne se lit pas sur le même paramètre.

Il n'existe pas d'équivalent direct côté essence, parce qu'un moteur essence classique travaille à richesse imposée : la quantité de carburant y suit l'air par construction, et non l'inverse. Le rôle de garde-fou y est tenu par les cibles de richesse de pleine charge et par les protections thermiques. Voir le vocabulaire de la richesse.

Ce qu'elle protège réellement

Réduire la fumée visible n'est que la partie émergée. La smoke map protège au moins quatre choses :

• L'opacité à l'échappement, contrôlée réglementairement. Un diesel qui fume au contrôle technique n'est pas conforme.
• La température des gaz d'échappement. Une combustion trop riche fait monter l'EGT. Le rapport technique interne retient un plafond usuel de l'ordre de 820 °C côté diesel. Au-delà, la turbine et les soupapes d'échappement souffrent. Voir la sonde EGT.
• La contrainte mécanique. Plus de carburant brûlé, c'est plus de pression dans le cylindre : contrainte sur le piston, la bielle, le joint de culasse.
• La ligne de dépollution. Les particules qu'on ne brûle pas partent dans le filtre à particules, qui se charge plus vite et régénère plus souvent. Voir le capteur de pression différentielle.

Le lien avec le débitmètre

C'est le point décisif, et il est trop peu enseigné. L'entrée de la table n'est pas une valeur calculée : c'est une mesure, celle du débitmètre d'air massique — ou, sur certaines gestions, une masse d'air reconstituée à partir de la pression et de la température d'admission. Voir les capteurs de la charge.

Un débitmètre qui vieillit ne tombe presque jamais en panne franche : il sous-estime, progressivement, de quelques pour cent puis de beaucoup. Le calculateur croit alors qu'il y a moins d'air qu'en réalité, et la smoke map fait ce pour quoi elle est faite : elle réduit le débit maximal. Le véhicule perd de la puissance en pleine charge, sans fumer, sans voyant, sans code défaut — puisque la valeur mesurée reste dans une plage plausible.

C'est le mécanisme derrière une part importante des cas décrits dans perte de puissance sur diesel. Le contrôle consiste à comparer, en log de pleine charge, la masse d'air mesurée à la masse d'air attendue pour le régime : un écart franc désigne le capteur ou une fuite d'air, pas la calibration.

Les autres causes d'écrêtage par la smoke map

Tout ce qui réduit l'air disponible active le limiteur :

• une fuite sur le circuit de suralimentation — durite, collier, échangeur percé ;
• un filtre à air colmaté ;
• une vanne EGR qui reste ouverte en pleine charge et remplace de l'air frais par des gaz brûlés. Voir la vanne EGR en détail ;
• une admission encrassée, qui étrangle le passage ;
• un turbo qui ne tient plus sa consigne. Voir consigne et limite de suralimentation.

Ce que cela implique avant toute intervention

La conséquence est simple à énoncer : sur un diesel, le carburant suit l'air. Tant que la masse d'air n'augmente pas, le limiteur de fumée écrête, quoi qu'il arrive en amont dans la chaîne de couple. C'est pourquoi un moteur qui respire mal ne donnera jamais le résultat attendu d'une optimisation, et pourquoi le contrôle de l'admission et de l'étanchéité du circuit d'air fait partie du travail préalable. Voir préparer une intervention.

C'est aussi pourquoi les limites de cette table relèvent du motoriste : elle est le point de rencontre entre la mécanique, la thermique et la réglementation d'émissions. La lire et la comprendre est utile au reprogrammateur ; la déplacer ne l'est pas.

Voir aussi les limiteurs chaînés, lire les fumées d'échappement et le rendement volumétrique.

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