Ce projet retrace une démarche progressive de diagnostic, d’analyse et de développement appliquée à une Mazda MPS, depuis l’identification d’une défaillance mécanique jusqu’à l’évolution complète du système moteur et de sa gestion électronique. Chaque étape s’appuie sur des données mesurées, des outils développés spécifiquement et des décisions techniques motivées par les contraintes réelles du véhicule.
L’objectif n’est pas uniquement la performance, mais aussi la compréhension des limites du système actuel, l'installation d'un système d'alimentation éloigné de l'origine et la capacité à adapter la gestion ECU moteur de manière méthodique.
Lors de plusieurs tirs en pleine charge, j’ai observé un comportement anormal des lambdas, avec une divergence progressive entre la consigne et la valeur réelle. Pour objectiver le problème, j’ai superposé quatre séries de données issues de deux logs en WOT à 20min d'intervalles avec : consigne (en pointillé) et valeur réelle (en ligne pleine) pour chaque tir.
Une comparaison qui met d'abord en évidence une instabilité qui apparait entre le tir 1 et 2 :
Puis étrange sur le Tir 3 :
Ces éléments indiquent que le problème ne provient pas de la cartographie (Stock), mais plutôt d’un déséquilibre plus profond dans la combustion car la lambda mesure le taux d'oxigène dans les gaz d'échappement, la lecture montre un taux très réduit.
Suite à cette incohérence et à une baisse de puissance ressentie, une fumée blanche notable à l'échappement est apparue. Tout m'indique une combustion de Liquide de refroidissement (+ huile moteur), j'ai donc engagé un diagnostic mécanique, pour vérifier l'état du turbo.
Une inspection à l’endoscope du turbo K04 révèle des traces de frottement sur le SHRA et les parois, confirmant une usure avancée avec un jeu excessif lors du démontage de l'admission. Ce constat est cohérent avec l’apparition de fumée blanche à l’échappement et les dérives de lambda observées lors des logs.
Les indices visuels et les données moteur convergent vers une défaillance rapide du turbo, passée d’un état fatigué à une casse fonctionnelle en peu de temps qui nécessitera une réflexion totale du turbo.
Face à l’immobilisation du véhicule, j’ai pris la décision de ne pas le remplacer à l’identique. Le choix s’est porté sur un turbo CTS4, avec une cartographie adapté prenant en compte une conversion E85 partielle.
J'ai décidé d'utiliser VersaTune, avec l’objectif de comprendre et d’adapter la gestion moteur à un ensemble mécanique aux caractéristiques très différentes de l’origine.
Le démontage du turbo a nécessité la dépose d’un grand nombre d’éléments périphériques, avec des accès souvent très contraints dans la baie moteur : L’échangeur air/air, l’admission, une partie du faisceau, ainsi que le collecteur d’échappement ont dû être retirés pour libérer suffisamment d’espace et travailler proprement.
Chaque étape a été réalisée de manière progressive afin de limiter les risques de détérioration, notamment sur les raccords, les durites et les capteurs, dont l’accessibilité est particulièrement réduite sur ce moteur transversal.
La dépose du turbo confirme visuellement les indices relevés lors du diagnostic : traces de frottement internes, jeu anormal et état général incompatible avec une poursuite de l’exploitation.
à la réception de la commande du Turbo Corksport depuis le Canada, les joints OEM et visseries de chez Mazda, j'ai procédé au nettoyage des parois et surface pour préparer le remontage
Le collecteur d'échappement a été difficile à replacer et pris par le temps, je n'ai pas pris de photo de la suite du remontage et de la remise en route. J'ai reçu l'aide de plusieurs confrère lors des derniers serrages et pour le premier démarrage.
Les bobines débranchées, plusieurs dizaines de seconde de tour de clé pour alimenter les circuits en huiles et le premier démarrage fût un succès.
j'ai laissé le remontage de l'échangeur, les colliers et dernières vis à d'autres pendant les préparatif de l'apéro de remerciement afin de vite terminer la journée, mais c'est ce qui me jouera des tours par la suite.
Un premier roulage a été effectuée après le remontage du turbo et le ressenti n'était que peu convainquant:
J'ai observé toute prise d'air possible car mon intuition m'orientait vers une probable alimentation en air qui ne se faisait pas jusqu'au cylindres. et c'était bien une erreur lors du remontage de l'échangeur : La durite allant de échangeur vers le collecteur d'admission était serrée sur elle-même, laissant l'air s'échapper sans restriction autour de la section en alu.
Le graphique présenté ci-dessus montre une comparaison directe des logs moteur avant et après la remise en place correcte de cette durite d’admission. Les courbes représentent l’absolute load ainsi que la pression de suralimentation (boost) en fonction du régime moteur.
Le premier relevé en vert, correspond à la configuration avant intervention. La courbe pointillée en vert montre que le turbo peine à charger le collecteur en pression. La pression progresse trop lentement avec le régime et atteint uniquement 0,6 bar en sur les hauts régimes, très inférieure au fonctionnement nominal du moteur où la pression situe à 1.0 bar dans sa configuration d’origine.
Cette incapacité à atteindre la pression cible met en évidence une perte de charge importante dans le circuit d’admission, cohérente avec une fuite après le compresseur. Le turbo travaille en continue mais le manque de charge moteur réduit les gaz d'échappement. le SHRA n'est pas entrainé assez et la pression n'est jamais atteinte. Cela se traduit également par une charge plus faible et moins homogène sur l’ensemble de la plage de régime (courbe pleine en vert).
Après remise en place correcte de la durite, les courbes en bleue montrent un comportement radicalement différent. La montée en pression est plus rapide, la pression de suralimentation atteint une valeur proche de 1,3 bar un peu avant 4500 tr.min⁻¹, et se stabilise sur une large plage de régime. L’absolute load suit la même tendance, avec une augmentation nette et cohérente, traduisant une meilleure efficacité du remplissage moteur.
Les oscillations résultent d'une régulation automatique de la pédale de gaz relative depuis le calculateur. la gestion est régit par l'Absolute Load qui est limité à 2.0 avant d'agir en réduisant virtuellement l'angle de la pédale pour maintenir ce Load sous la limite
Une charge de turbo après 4000 tr.min⁻¹ n'est pas idéale pour une conduite optimale car la plage de couple est trop soudaine, trop tardive et trop restreinte pour tirer pleinement partie du véhicule. Un travail sur la cartographie est nécessaire pour étendre la zone d'utilisation du couple et tirer parti du potentiel de cette nouvelle configuration.
Un second graphique, montre l’évolution des richesses (lambda) sur les deux configurations. Lors du premier run, avec la durite mal fixée, le moteur fonctionne de manière anormalement riche par rapport à la consigne. Ce comportement est typique d’une fuite d’admission : le flux d’air massique mesuré après le filtre à air par le capteur MAF n’est pas intégralement admis dans les cylindres, ce qui conduit l’ECU à injecter une quantité théorique de carburant excessive, fonction du volume d'air mesuré. Après correction du défaut, les valeurs de richesse redeviennent cohérentes avec la consigne, confirmant le diagnostic.
Cette analyse croisée des logs de pression, de charge moteur et de richesse a permis d’identifier rapidement un défaut purement mécanique, sans modification de la cartographie. Elle illustre l’importance de l’exploitation rigoureuse des données moteur en compétition, où une défaillance mineure sur un élément périphérique peut entraîner des pertes de performance significatives et des comportements moteur trompeurs si elle n’est pas correctement interprétée.
Cette étape ne consiste pas à critiquer une cartographie existante, mais à comprendre ses mécanismes internes afin d’identifier ses limites face à une configuration matérielle différente. La cartographie Stage 1 E85 utilisée sur ma MPS BK n’a pas été réalisée sur mesure et je n'ai pas le contrôle interne de la cartographie présente. Elle sert ici de base d’étude et de comparaison.
L’objectif est double :
Voici une image de ce qu'est une map de consigne lambda de la cartographie MPS de base depuis logiciel Versatune :
La plupart des cartographies présentes affiche des tableau à 3 dimensions qui montre chaque valeurs par rapport à l'effort moteur et du régime (Load/RPM), disposés en cases comme montré. L'absolute Load est découpé
À partir de plusieurs séries de logs depuis un roulage auquel j'ai essayer d'adopter une variation d'utilisation du couple depuis plusieurs plage de régime, j’ai analysé conjointement :
La richesse en fonction de l'effort moteur donc :
Puis par la suite ensuite :
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Pour exploiter les données et en tirer des explications, j’ai développé des outils maison sur Excel qui va lire et traiter les logs en CSV en isolant les valeur dans des maps qui imitent celles présentes sur les logiciels de modification de cartographie. On va donc :
Ces outils vont extraire des tendances et offrir une visualisation graphique du comportement via des tableaux de cartographies, pour repérer très rapidement les zones à risques ou à potentiel. Là où un simple affichage brut de courbes dans temps ne montre que des signaux isolés et ne permettent pas de lecture globale.
Les logs mettent en évidence plusieurs patterns marqués :
Corrections carburant très agressives en montée de charge On observe des corrections instantanées (STFT) pouvant atteindre +30 % lors de la mise en pression du turbo et hauts régimes. Cela indique que la cartographie repose fortement sur les trims, potentiellement pour atteindre une consigne très riche, rattraper un débit carburant insuffisant ou découle peut être d'une estimation initiale imprécise (surplus de carburant).
Correction long terme négative en bas régime En conditions stabilisées à faible charge, le long term fuel trim (LTFT) descend jusqu’à –10 %. Cela suggère un calcul de richesse ou masse réelle de carburant trop riche par rapport à la consigne. Cela découle peut être d'une règle de richesse volontairement biaisée riche, compensée ensuite par l’ECU pour revenir à lambda ≈ 1 en condition d'utilisation normale. On peut interpréter cette méthode fonctionnelle pour garder une marge de sécurité lors de probables écart de consigne de richesse en haut régime, quand l'injecteur atteint sa durée d'injection cycle limite.
Lambda comme variable de référence principale La combustion est régulée principalement via la consigne lambda, sans exploitation directe de l’AFR réel. L'ECU calcule toute les consignes de richesse par rapport à la stochiometrie de la combustion air/essence, étant défini chimiquement au ratio 14.7:1 Mais, ce moteur fonctionne bien à l’E85 (justifiés de plusieurs sortie trackdays + Nurburgring). Avec une lambda proche de 1 au ralenti (0.92 ce qui fait 13.5 en AFR, découlant du 10% de LTFT). ce qui masque un certain déséquilibre en termes de quantité réelle de carburant injectée.
Ce point n’est devenu clair qu’après une analyse plus approfondie de la cartographie.
Le calcul interne de l’ECU ne se base pas directement sur l’AFR théorique, mais sur une donnée clé : la fuel specific gravity, c’est-à-dire la masse volumique du carburant. Cette valeur est utilisée comme entrée dans tous les calculs de temps d’injection liés aux consignes lambda.
Dans cette cartographie, le fuel specific gravity est donc ajusté pour correspondre à un carburant proche de l’E85. Cela permet à l’ECU de maintenir une lambda cohérente sans modifier drastiquement les tables de base… mais au prix d’une forte dépendance aux trims, surtout en phase transitoire et sous forte charge.
Cette approche fonctionne dans une configuration proche de l’origine, mais devient rapidement limitante au niveau des injecteurs dès que le débit d’air augmente (charge turbo, montée en charge plus rapide, hauts régimes).
Voici l'exemple d'un calcul d'ajustement de gravité spécifique du E85 de pompes à essence (85% éthanol, 15% essence) appliqué à un mélange réel composé avec 20% d'essence dans le réservoir (mélange utilisé lors de la prise de log)
On trouve alors une explication des 10% de correction à long Terme relevé lors des logs : La cartographie se repose sur un indice de masse spécifique exclusivement E85
En comparant les logs de la MPS BK à ceux de ma BL, traités avec les mêmes outils, plusieurs différences apparaissent :
Ces observations ont orienté la réflexion vers une approche méthodique, visant à distinguer ce qui relève d’un ajustement logiciel possible de ce qui constitue une limite physique du système.
La première étape a consisté à travailler sur la cartographie en l’état, en cherchant à rééquilibrer les stratégies de charge et de couple plutôt qu’à forcer un résultat brut. L’objectif n’était pas d’augmenter artificiellement la pression de suralimentation à bas régime, mais de comprendre comment l’ECU construit le couple demandé à partir de plusieurs briques : charge calculée, avance à l’allumage, richesse cible, gestion du papillon et pilotage de la wastegate.
En replaçant ces paramètres dans un contexte cohérent avec le comportement réel du turbo CTS4, il devient possible de lisser la montée de couple, de déplacer le Peak Torque vers une zone plus exploitable, et surtout de limiter les corrections extrêmes appliquées par le calculateur.
Cependant, au fil des logs et des itérations, un point est devenu évident : la pression de rampe constitue le facteur limitant principal. À mesure que la charge augmente, la chute de pression carburant entraîne une dérive de la lambda réelle et une régulation oscillante causée par la réduction des consigne de la position relative de accélérateur. produisant une perte de contrôle.
malgré des consignes adaptées et une pression de turbo réduite, le calculateur tente désespérément de compenser par une augmentation du temps d’injection, ce qui pousse rapidement le Injector Duty Cycle au-delà des seuils acceptables et fait chuter dangereusement la pression de carburant dans la rampe d'injection.
Dans ce contexte, toute tentative de récupération de couple supplémentaire par la cartographie seule devient non seulement inefficace, mais potentiellement dangereuse pour la fiabilité moteur.
La suite logique a donc été de prendre le problème dans son ensemble, et pas uniquement par le prisme de la cartographie.
La priorité a été de sécuriser l’alimentation en carburant, en partant du principe que la pompe haute pression d’origine atteignait clairement ses limites dans cette configuration. Le choix s’est donc porté sur le remplacement des internes de la HPFP, afin de garantir un débit et une pression suffisants, compatibles avec l’E85 et les besoins du CTS4 sous forte charge.
Le démontage de la pompe haute pression a été réalisé directement depuis la baie moteur. L’accès reste contraint, avec peu de dégagement autour de la culasse. Après la déconnexion des éléments périphériques, la pompe peut être extraite sans déposer d’autres organes majeurs.
Une fois la pompe déposée, un démontage et nettoyage complet a été effectué. Les internes d’origine ont ensuite été remplacés par le kit de réflexion et d’upgrade CorkSport, incluant piston, ressorts et joints spécifiques. L’ensemble est assemblé avec une attention particulière portée à la lubrification et à la propreté, ces éléments étant directement soumis à de très fortes contraintes mécaniques et hydrauliques en fonctionnement.
Le remontage de la HPFP dans la baie moteur s’effectue en sens inverse, avec une vérification visuelle complète avant remise en pression du circuit. Le contact mis plusieurs fois pour remplissage du circuit de carburant et le premier démarrage a été réalisé avec succès sans les caches et attaches de périphérique ni compartiment batterie et le calculateur posé temporairement.
Puis tout a été remis en place par la suite.
Une fois cette base mécanique fiabilisée, l’objectif a été de valider le gain en performance / fiabilité de manière concrète
Il est alors nécessaire d'effectuer une comparaison de pressions de rampe et des injecteurs avant et après modifications, pour mettre en évidence une amélioration nette (en vert) du maintient en pression dans la rampe et d'un lissage pour ne pas sortir des limites. Voici donc une mesure après quelques ajustements de fueling :
Là où la pression chutait fortement dans les régimes à fortes charges, elle reste désormais stable et même supérieure à la consigne, même lors des phases de high load prolongées. Cette stabilité élimine les écarts de lambda et réduit ainsi le duty cycle des injecteurs pour enfin sécuriser l’alimentation carburant.
Cela se traduit par un couple plus fluide au ressenti, plus prévisible et surtout plus sain pour la suite du travail de mise au point. Cette base mécanique fiabilisée a permis d’envisager le tuning avec une marge de sécurité bien plus confortable.
Le travail cartographique reprend donc avec une base cohérente et exploitable. On ne cherche plus à “rattraper” des limites matérielles à coups de corrections, mais à construire une cartographie propre, progressive et maîtrisée. Cette approche transforme un simple ajustement de maps en raisonnement focus sur la recherche, le développement et l'exploitation, où chaque décision est appuyée par les données et où chaque contrainte observée devient un indicateur clair pour définir l’étape suivante du développement.
Voici maintenant une extraction des lambdas et des trims cartographiés depuis mon outil, le résultat est sans appel:
[à venir]
Image des courbes de couple, boost, injDC, des gains et de la stabilisation