Depuis que la voiture a adopté a dopté des motorisations diesel devenues au fil des années de plus en plus performantes son principe d'alimentation est resté du type injection indirecte. Ce n'est que récemment sous l'impulsion des marques allemandes que la technique de l'injection directe est apparue en automobile (car déjà bien présente dans le milieu du poids lourd). Elle est maintenant présente chez tous les constructeurs. Son principe de fonctionnement diffère de l'injection indirecte par l'injection de gazole directement dans le cylindre et non plus dans une chambre de turbulence aménagée dans la culasse juste avant le cylindre (injection indirecte). En fait cette "chambre" est moulée dans le piston. Cette technique a été adoptée car elle a plusieurs avantages:
Baisse de la consommation c onsommation de carburant . Meilleur rendement . Réduction de la pollution
Schéma de principe des éléments constituant l'application "Common Rail" sur le moteur 611de la Mercedes C 220 CDI : Les circuits de carburant :
A : basse pression. C : Retour du carburant. D : Haute pression. F : Arrivé du du carburant. carburant. 1: Réservoir. 2: Réchauffeur du carburant. 3: Filtre principal. 4: Pompe d'alimentation basse pression. pression. 5: valve de coupure d'alimentation. 6: Pompe haute pression. 7: Régulateur de pression. 8:Capteur de de pression. 9: Rampe commune commune ou rail de stockage du carburant carburant sous haute pression. pression. 10: Injecteur électromagnétique. 11: Refroidisseur du carburant.
Mais depuis environ un an une nouvelle génération de systèmes d'injection directe d'origine BOSCH a vue le jour. C’est l'arrivée fulgurante de l'électronique sur nos bons «vieux»diesels. C'est vrai que depuis quelques années le diesel n'a pas bonne publicité entre le bruit qu'il émet et sa mauvaise réputation en terme de pollution. Alors pour résoudre ces problèmes les ingénieurs ont réussi à conserver les avantages de l'injection directe tout en réduisant fortement les inconvénients. Ils sont tous unanimes pour dire que la haute PRESSION PRESSION est la solution d'avenir pour pour le diesel. En effet l'injection haute pression a l'avantage de réduire fortement le taux de pollution des moteurs diesel. C'est de la qu'est née l'injection directe haute pression appeler common-rail (nous verrons plus tard pourquoi). Mais le problème est de créer cette haute pression, car sur un moteur diesel injection indirecte le gazole est injecté entre 130 à 175 bars. Alors que sur le common-rail on atteint 1350 bars à 1700 bars, c'est dire 10 fois plus. Évidemment la pompe a injection mécanique classique que nous connaissons sur les diesels ne pourra pas fournir une telle pression, c'est donc tout naturellement qu'elle va être remplacée par une pompe à très haute pression. C'est bien là le plus grand changement visible, nos bonnes vielles pompes d’injection (en ligne ou rotative LUCAS ou BOSCH) vont tout bonnement disparaître. Ce gazole à haute pression qui en sortie de pompe pourra atteindre1350 bars à 1700 bars (selon modèle) sera ensuite stocké dans une rampe commune ou common-rail ou une sphère (Delphi). Dans son principe de fonctionnement le common-rail est semblable au système d'injection essence, c'est en réalité une injection électronique (dans le vrai sens du terme) diesel haute pression. Avant de détailler chaque élément nous allons parcourir le chemin pris par le gazole, du réservoir jusqu'au cylindre. A partir du réservoir le système se compose d'un réchauffeur de carburant, d'un filtre, d'une pompe d'alimentation, d'une valve de coupure, de la pompe haute pression, de la rampe commune comprenant comprenant un capteur de pression et une valve de régulation de de pression (sur la rampe pour les anciens modèles) des canalisations vers les injecteurs, des injecteurs électromagnétiques et d'un refroidisseur de gazole vers le retour au réservoir.
DETAILS DES ELEMENTS : LA POMPE HAUTE PRESSION
1. Canal de refoulement 2. Poussoir 3. excentrique 4. clapet d'entrée 5. clapet 6. aspiration 7. clapet 8. piston 9. ressort 10. clapet de sortie
Fonctionnement de la pompe: (détail d'un des 3 pistons) a droite, la phase d'admission du carburant, a gauche, la phase de refoulement L pompe est spécifique au système et possède trois pistons radiaux décales de 120 degrés. Ils sont commandés par un excentrique via un pignon intermédiaire entraîné par la courroie de distribution. La pompe haute pression alimente la rampe commune, le débit est bien sur lié à la vitesse du moteur, toute la haute pression sera dirigée vers la rampe commune, elle sera ensuite régulée par un régulateur de pression intégré en bout de rampe (selon modèle).
RAMPE COMMUNE: Il s'agit d'un tube de forte épaisseur pouvant résister à de très hautes pressions, portant à ses extrémités le capteur de pression et le régulateur de pression. Ce dernier reçoit et stocke le gazole haute pression en provenance de la pompe, il alimente en permanence les injecteurs toujours sous pression. Cette pression est régulée par le régulateur qui est commandé par le boîtier électronique selon une cartographie en mémoire. Une cartographie est un ensemble de données mis en mémoire dans le calculateur qui sert se rt de référence a celui-ci pour commander le régulateur de façon optimal, c'est le "logiciel" du calculateur.
CAPTEUR ET REGULATEUR DE PRESSION A l'aide d'une résistance variable, le capteur de pression mesure précisément précisément la pression réelle dans la rampe et informe le calculateur. Celui-ci, en fonction de cette donnée et de nombreux autres (que nous verrons plus loin) commande le régulateur de pression. Le régulateur de pression est une valve électromagnétique. électromagnétique. Il règle la pression dans la rampe en fonction du courant reçu venant du calculateur. L'intensité détermine la force de fermeture de la valve du régulateur de pression. L'excédent retourne au réservoir.
INJECTEURS ELECTROMAGNETIQUES:
Coupe d'un injecteur électromagnétique 1: connexion électrique. 3: noyau magnétique. 5:écrou de serrage de l'aimant. 7: bague de réglage. 9: tubulure de pression. 11: guide de bille. 13: bague d'étanchéité. 15: piston de vanne. 17: corps d'injecteur. 19: injecteur. 21: goupille de serrage spirale. 23: ressort d'appui d'injecteur. 25: bille. 27: bague de réglage. 29: vis de serrage de vanne. 31: plateau d'induit. 33: ressort de vanne. 35: rondelle de réglage.
2: joint torique. 4: douille. 6: bobine magnétique. 8:filtre crayon. 10: rondelle d'étanchéité. 12: bille de vanne. 14: élément de vanne. 16: garniture de vanne. 18: pointeau d'injecteur. 20: écrou de serrage de l'injecteur. 22: pièce de pression. 24: rondelle de compression. 26: axe d'induit. 28: rondelle d'induit. 30: ressort d'induit. 32: rondelle de sécurité. 34: tubulure d'évacuation.
L’injecteur et sa fixation :
1: vis. 5: culasse.
2: bride.
3: bille de contact.
6: bague étanchéité.
4: couvre culasse.
7: injecteur.
VUE DE L'INJECTEUR ET DE SON GUIDE
VUE DE L'INJECTEUR EN TOTALITE AVEC SON SON RACCORD RACCORD ET SA SA FICHE ELECTRIQUE ELECTRIQUE
LE CALCULATEUR La technologie common-rail apporte à la motorisation Diesel la maîtrise du temps d'injection. Le calculateur, en fonction des multiples informations envoyées par les différents capteurs (voir ci dessous) reçoit les signaux d'entrée et gére les sorties en fonction des critères de fonctionnement du moteur. Pour adapter la quantité de gazole, le calculateur agit soit sur la pression de carburant dans la rampe (valve du régulateur de pression) soit sur la durée d'activation des électrovannes des injecteurs, en synchronisant bien sur ces actions. La quantité injectée dépend de la commande des électrovannes, électrovannes, de la vitesse d'ouverture et de la fermeture de l'aiguille de l'injecteur, de la pression de carburant dans le rail, de la quantité passée par l'injecteur et de la levée de l'aiguille.
Principales informations entrée et de sortie au calculateur:
1: module fusible et relais. 2: capteur de pression. 3: info régime. 4: capteur de pression sur rampe commune. 5: sonde température d'eau. 6: contacteur pédale de frein. 7: capteur de niveau d'huile. 8: capteur position vilebrequin. 9: débitmètre d'air massique a film chaud. 10: capteur position pédale d'accélérateur. d'accélérateur. 11: sonde température d'air. 12: préchauffage. 13: calculateur. 14 15 16 17 18 19 20 21: information concernant les signaux ABS, EGS, ANTIVOL, CLIM, ASR. Ces infos ne seront pas traitées dans cette page en raison de la non appartenance au système aborder. Les constructeurs regroupent de plus en plus les boîtiers en raison du gain de place, ainsi que les éventuels relations entre eux. En effet par exemple le système antipatinage aura besoin de certaines info envoyées par le calculateur qui gère le commonrail, ses liaisons sont réalisées par multiplexage ou CAN-BUS et seront traitées dans un autre dossier.
Du coté de LUCAS Lucas présentait aussi son système common-rail. Lucas a été racheté par DELPHI par DELPHI qui est commercialise une injection haute pression, son principe est sensiblement identique mais la rampe est remplacée par une sphère. Il existe aussi un autre système : l'injecteur pompe. Ce système employé aujourd'hui que par le groupe Volkswagen est capable d'atteindre des pressions de 2050 bars. (Voir dossier injecteur pompe) Mais aussi : Injection « common rail » : la fin du monopole .
Très peu encombrante, l’injection directe Diesel de Delphi convient tout particulièrement au petits moteurs comme le nouveau 1.5 dCi de Renault. On se souvient du lancement de l’injection directe Diesel « common rail », développée par le groupe Fiat et industrialisée par Bosch. Récompensé de son audace, ce dernier jouissait d’un monopole avec des constructeurs en liste d’attente. La rampe commune va pouvoir se généraliser puisqu’un deuxième équipementier, Delphi, livre maintenant un système voisin et très performant. Depuis des années Lucas travaillait sur le principe de la rampe commune avec un temps de retard sur son concurrent Bosch. Delphi ayant repris Lucas Diesel, c’est sous la marque de l’équipementier américain qu’apparaît qu’apparaît sonsystème en 2001 chez Ford, puis chez Renault.
Le principe de base reste le même. Une pompe met le gazole sous très forte pression dans un volume commun pour tous les cylindres. Depuis cette réserve des tubes amènent le combustible aux injecteurs électromagnétiques comparables à ceux des injections essence. Ils s’ouvrent lorsqu’ils reçoivent une impulsion électrique et peuvent le faire plusieurs fois au court d’un même temps moteur. La quantité injectée est fonction de la durée de l’injection principale. Le système de Delphi marque des différences par rapport à celui de Bosch. Principale particularité, la rampe commune est remplacée par une sphère. Cela permet une pression encore plus élevée et un encombrement réduit, avantage providentiel pour les moteurs de cylindrée modeste destinés aux petites voitures. Le pilotage a gagné en finesse. Chaque injecteur reçoit une calibration propre qui permet de piloter l’avance et le débit d’une manière individualisée pour chacun d’eux. Une fonction de contrôle permanent et d’auto-régulation permet de corriger dans le temps le débit de pré-injection qui est figé sur l’autre système cela compense les effets du vieillissement. En outre, pour la précision du fonctionnement et la rapidité de réponse, le système utilise de nouveaux injecteurs à 6 trous avec aiguille et clapet allégés. Leur mouvement s’effectue en 3 millisecondes. L’équipementier et les constructeurs qui ont adopté son système annoncent des consommations encore plus économiques, un niveau sonore sensiblement abaissé (on n’est plus très loin des niveaux d’un moteur à essence de même puissance) et une meilleure tenue dans le temps. t emps. L’injection common rail Delphi ( il serait plus exact de dire « common ball ») est apparue sur le moteur 1753 cm3 115 ch de la Ford Focus TDCi avant d’équiper le 2 litres 115 puis 130 ch de la Mondeo. Renault l’adopte sur son nouveau 1.5 dCi (1461 cm3) développant 65 ou 80 ch avec des émissions de C02 ramenées à 120 g/km, lancement pour l’été 2001. Bosch ne pouvant pas reconvertir ses fabrications en un an ou deux, certains constructeurs étaient restés fidèles à l’injection directe mécanique avec une pompe rotative (Ford et Opel notamment) ou avec des injecteurspompe (groupe Volkswagen). Ils n’auront plus d’excuses ! Trois équipementiers (Bosch, Delphi et Denso) produisent maintenant des systèmes common rail, et Siemens devrait les rejoindre. Il n’est pas besoin d’être prophète pour prédire la généralisation rapide du common rail pour le plus grand bien des utilisateurs et de l’environnement. Delphi planchait sur un système common rail. Il avait d’ailleurs acquis Lucas Diesel auprès de TRW en janvier dernier pour renforcer ses compétences. Après avoir annoncer la signature de contrats auprès de clients européens pour un montant de deux milliards de dollars, c’est au Mondial de l’Automobile que le système a été dévoilé. L’Italien Magneti Marelli est à l’origine de l’injection directe diesel pour les VP. Il a ensuite vendu sa licence à Bosch qui fournit maintenant la majorité des constructeurs. Le principe du common rail n’a plus de secret : des injecteurs pilotés électroniquement administrent du diesel dans la chambre de combustion. En général, il se produit une injection pilote, une principale et une post combustion. Le common rail améliore la combustion du carburant, le rendement du moteur et diminue la consommation de Diesel et donc la
pollution.
Delphi se base évidemment sur ces concepts, en les modifiant m odifiant légèrement pour rendre compatible coût et qualité. «Notre première génération de common rail possède une accumulation cylindrique. Le rail est sphérique. Ce modèle est destiné à de petits moteurs qui vont jusqu’à 1500cc. Pour les plus grosses cylindrées, nous conserverons le rail tubulaire», indique Peter Lakin, directeur vente et marketing de Delphi Diesel Systems. Autre différence, le nombre d’injections. «Avec ce système, nous ne faisons qu’une injection pilote et une principale. En outre, la pression monte à 1450 bars, soit environ 100 bars de plus que la concurrence. Nous passons facilement les normes et ce système est un peu moins cher», renchérit M. Lakin. L’actuateur qui ordonne électroniquement électroniquement l’injection est inclus dans le corps de l’injecteur, à proximité de l’aiguille. «Ainsi, les injecteurs sont plus petits, plus légers, plus rapides, plus précis. Nos résultats sont équivalents à ceux des systèmes piezzo qui existent actuellement», compare Peter Lakin. Fiabili Fiab ilité té accrue accr ue : Il est notoriété que certains injecteurs se grippent. Delphi s’est penché sur le problème pour éviter l’écueil. «Nous avons mis au point l’I2C, individual injectors characterization. characterization. Lors de leur fabrication, f abrication, les injecteurs sont testés individuellement et marqués au laser. Nous nous efforçons de produire des injecteurs similaires, mais nous travaillons à l’échelle du micron et de légères différences peuvent apparaître. Nous avons donc ajouté ce test individuel, l’I2C. Lorsque le client monte les injecteurs, il dispose d’un lecteur laser qui lit le marquage où sont enregistrées les caractéristiques de l’injecteur. Un ordinateur les enregistre. Lorsqu’on monte le moteur, les informations sont transmises à l’unité de contrôle des injecteurs qui ainsi sait exactement la quantité de carburant nécessaire pour optimiser l’injection», détaille Peter Lakin. Les injecteurs n’échappent pas au vieillissement. Il en résulte de petites déviations. Après 10 000 km, l’injection pilote peut s’amoindrir, engendrant des bruits dans le moteur. «Nous avons recours à l’APC qui utilise un accéléromètre qui détecte les conditions de combustion de la chambre. Le système envoie à intervalles réguliers des signaux pour déterminer le moment et l’énergie nécessaires pour ouvrir chacun des injecteurs. L’évolution des caractéristiques caractéristiques mécaniques est contrôlée tout au long de la vie du véhicule. La variance de fonctionnement de chaque injecteur est lue par le calculateur qui en tient compte pour le contrôle fin de l'injection», décrit Peter Lakin. L’électronique semble se poser comme la solution pour pallier les défauts mécaniques. Le système de common rail sphérique constitue la première génération mise au point par Delphi. L’équipementier a prévu pour sa deuxième génération une pression de 1600 bars, sans perte de pression. La troisième génération sera celle du piezzo avec 1800 bars, pouvant monter jusqu’à 2000 bars. «Les prototypes sont prêts, mais pas la validation. Ce type d’injecteurs n’apparaîtra pas avant 2004 chez nous». Siemens injecte inject e un plus dans le common rail : En février 2001 Delphi mettait fin au monopole de Bosch pour les injections common rail. Siemens vient à son tour sur le marché pour la Peugeot 307 HDI avec une technique révolutionnaire . UN ingénieur ,
responsable responsable du projet nous explique la différence : « La principale différence entre l'injection PCR2 de Siemens et les autres systèmes common rail est d'utiliser des injecteurs piezoélectriques à la place des injecteurs électromagnétiques ».
La part de marché grandissante du Diesel en Europe avec généralisation progressive de l’injection common rail a suscité une vocation chez un grand équipementier qui n’avait jamais abordé le Diesel.
Christophe Perperot, ingénieur ingénieur chef de projet injection Diesel chez Siemens, est sûr que cet équipementier tient la bonne formule et que sa solution fera école.
