9 Aspects technologiques de l’injection Diesel

2 systèmes : - Injection indirecte (à préchambre) - Injection directe :

- Classique (p ~ 500 bars)- Common rail (p ~ 1800 bars)- Injecteurs pompes (p ~ 4000 bars)

- Jusqu’il y a quelques années, les dispositifs d’injection de ces deux types de moteurs étaient très semblables même si les pressions d’injection étaient un peu plus élevées dans les moteurs à injection directe pour permettre au combustible d’aller chercher l’air nécessaire à la combustion.

- L’équipement utilisé comportait une pompe en ligne et des injecteurs à téton ou à trous.

- Les exigences en matière de combustion ont conduit les constructeurs à privilégier l’injection directe et à augmenter sensiblement les pressions d’injection (de 200 bars à près de 2.000 bars).

- Ceci est réalisé en «common rail» ou dans un dispositif concurrent appelé «injecteur-pompe».

Système d’injection Diesel avec pompe en ligne

Système d’injection Diesel avec pompe en ligne

réglage du débit de combustible

- modulation de la course utile du piston de pompe.

- course modifiée par une rampe hélicoïdale (rampe de débit) et par la rotation du cylindre de pompe lié à une crémaillère (crémaillère d’injection).

injecteurs à tétoninjecteurs à téton (pour l’injection indirecte)- (pour l’injection indirecte)- injecteursinjecteurs à trousà trous (pour l’injection directe) (pour l’injection directe)

- Les pompes en ligne ont alimenté pendant près de 100 ans les moteurs Diesel. - Elles ont l’avantage de la simplicité et de la robustesse. - Elles sont toutefois peu adaptées aux très hautes pressions.

- Elles ne permettent pas une maîtrise suffisante des lois d’injection.

- Différence entre la pression en sortie de pompe d’injection imposée par le profil de la came et la rampe hélicoïdale et la pression au niveau de l’injecteur qui contrôle le débit injecté.

Causes

- délai engendré par la longueur des tuyauteries (propagation de l’onde de pression à la vitesse du son (~ 1000 m/s),

- multiples réflexions des ondes de pression tant du côté pompe que du côté injecteur,

- compressibilité du gasoil (coup de bélier),

- déformation des tuyauteries.

- On observe des réouvertures de l’aiguille d’injecteur en fin de processus sous l’action d’ondes de dépression dans la tuyauterie.

- Les moteurs Diesel doivent impérativement être équipés d’un régulateur de vitesse.

- Ce régulateur empêche les survitesses lors d’une disparition brutale de la charge

- Ce régulateur corrige la courbe de couple naturelle du moteur Diesel en lui substituant une courbe de couple plus raide qui améliore la stabilité du point de fonctionnement

Principe du régulateur à masselottes (régulateur de Watt)

Injection Diesel Common Rail

- Le système à accumulateur « Common Rail » se distingue par le découplage des fonctions de génération de pression et d’injection.

- On alimente les injecteurs par du gasoil stocké à une haute pression constante dans un rail commun (rampe commune).

- La haute pression typiquement 1.800 bars, régulée par un limiteur de pression est fournie par une pompe haute pression précédée d’un pompe basse pression.

- Les pompes d’injection en ligne et leur régulateurs de vitesse purement mécaniques ne permettent pas facilement une prise en compte précise des besoins en matière de régulation et de lois d’injection (avance à l’injection, injections multiples)

- Les pressions d’injections trop faibles produisent des gouttes de gasoil de trop grands diamètres

- Développement de nouveaux systèmes : «Common rail» et «injecteur-pompe»

Injecteur à commande électro-magnétique pour Common Rail

- Les électroaimants qui commandent les ouvertures des injecteurs sont pilotés par une tension élaborée par un calculateur électronique relié à de nombreux capteurs (vitesse, charge, pression de suralimentation,…)

- L’injection « électronique » des moteurs Diesel a bénéficié des développements antérieurs de l’électronique des systèmes d’injection « essence ».

- Même si la pression d’injection est beaucoup plus basse(200 bars), les injecteurs utilisés en « injection directe » sur moteur à essence ont bénéficié des développements technologiques des injecteurs électro-magnétiques développés pour moteur Diesel.

Injection Diesel Common Rail (suite)

- Le système common rail est le siège d’ondes de pression qui, se déplaçant entre le rail et les injecteurs, peuvent perturber les lois d’injection et ce d’autant plus que la pression est élevée ou que l’on souhaite effectuer des pré ou post-injections.

- Pour rappel :

- une pré-injection permet de réduire le délai d’auto-inflammation et donc d’avoir un moteur moins bruyant et plus doux

- une post-injection permet une meilleure post-combustion et donc de diminuer les suies

- Les constructeurs automobiles travaillent sur la mise au point d’un système d’injection où les fonctions de mise en pression et l’injection sont rassemblées dans un corps unique.

- Cette technologie, appelée injecteur-pompe, existe sous une forme simplifiée depuis des années sur les gros moteurs Diesel marin.

Injection Diesel Common Rail (suite)

Injection Diesel par injecteur-pompe

Injection Diesel par injecteur-pompe

- Une came actionne un poussoir hydraulique qui assure la montée en pression du gasoil.

- Le gasoil est injecté dans la chambre lorsque l’électrovanne de commande s’ouvre sur base d’un signal de tension élaboré par un calculateur électronique.

- L’injecteur se soulève et se ferme automatiquement sous l’action d’un ressort.

- L’injecteur pompe permet d’atteindre des pressions pouvant aller jusqu’à 4.000 bars.

- Il permet également une très grande flexibilité dans la loi d’injection (jusqu’à 7 ouvertures successives pendant la combustion).

- Ceci offre aux constructeurs de nombreuses possibilités d’optimiser la loi d’injection pour réduire le bruit et surtout la formation des polluants (suies et NOxc) .