Technologie de l'injection diesel - types de pompes à injection

L'année 1897 a été très importante pour l'automobile, car Rudolf Diesel a présenté son moteur diesel (qui brûlait à l'origine du kérosène). Les hautes pressions d'injection nécessaires à l'allumage et au dosage de la substance à brûler (diverses huiles végétales et minérales, mazout de chauffageet kérosène) étaient indispensables. Les premiers diesels avaient des injecteurs conçus avec des compresseurs d'air, une solution très imparfaite à bien des égards en raison de leur taille et de leur poids importants et de leur faible efficacité. Cette solution n'était pas très adaptée à une utilisation dans les voitures particulières. Il était utilisé dans les navires, les locomotives et les moteurs stationnaires (pour entraîner les machines qui restent immobiles).

Puis vint Robert Bosch, qui révolutionna la pompe à injection en ligne. Il était considérablement plus petit que le type précédent. La production en série, qui a débuté en 1927, a contribué à sa diffusion massive. Outre les pompes, Bosch a également développé des injecteurs.

Elle se divise, en fonction du piston, en axiale (compression du carburant par un seul piston se déplaçant axialement par rapport à l'arbre d'entraînement de la pompe) et radiale (compression du carburant par plusieurs pistons disposés radialement par rapport à l'arbre d'entraînement de la pompe). Des pressions plus élevées peuvent être générées avec des pistons radiaux qu'avec des pistons axiaux.

Elles sont également divisées, en fonction de la méthode de commande, en pompes à commande mécanique (un levier de commande avec un curseur de commande mesure les doses de carburant) et en pompes à commande électronique (l'unité de commande du moteur effectue la commande au moyen d'actionneurs situés dans la pompe, sur la base d'informations provenant de capteurs).

L'injecteur Common Rail (CR) diffère de tous les autres systèmes en ce qu'il possède un réservoir commun semblable à un rail. Le carburant est stocké dans un réservoir pressurisé pour tous les cylindres et les injecteurs. La pression varie de 40 MPa à 250 MPa. Il y a toujours une pression élevée dans le réservoir, quel que soit le régime moteur, le carburant est donc pressurisé jusqu'à la réserve, il y a un numéro de pression sur le réservoir qui envoie des informations à l'unité de contrôle, si une certaine limite est dépassée, une soupape de décharge est activée et le carburant est libéré vers le réservoir principal.

Le taux et le moment d'injection sont déterminés par l'unité de commande, qui prend ses décisions en fonction des données fournies par les capteurs de vitesse du vilebrequin, la vitesse de l'arbre à cames, la position de la pédale, la pression de suralimentation, la température du liquide de refroidissement et la masse d'air d'admission.

Le système de rail commun domine aujourd'hui car il offre un certain nombre d'avantages. Il permet de faire varier le calage de l'injection et la pression des réservoirs. Les pressions élevées permettent de pulvériser plus finement le carburant, ce qui se traduit par une meilleure combustion, des performances accrues, de meilleures émissions et une consommation réduite. Il est également possible de diviser la charge de combustion en plusieurs charges, ce qui permet d'obtenir un moteur au fonctionnement plus souple.

Les pompes CR sont également divisées selon leur conception en pompes radiales à trois pistons, pompes en ligne à deux pistons et pompes radiales. Les principaux fabricants de CR sont Bosch, Continental (Siemens), Delphi et Denso.

Les systèmes CR évoluent et s'améliorent constamment, et il existe actuellement trois générations (voir ci-dessous).

 ● Caractérisé par une injection principale à haute pression de 140-160 MPa, utilisant une petite quantité de carburant avant l'injection principale pour chauffer la chambre de combustion, réduisant ainsi la consommation de carburant.

 ● Deux injections en un cycle.

 ● Utilise une commande électromagnétique, qui n'est pas capable de réagir rapidement, ce qui signifie qu'il n'a été possible de répartir la charge que sur deux injections.

 ● La première génération utilisait une pompe à came radiale CP1 ou une pompe à deux pistons en ligne CP2 comme pompe haute pression

● Le temps de réaction de l'injecteur est de 0,1 ms, ce qui permet de répartir le carburant en jusqu'à 5 doses d'injection en un seul cycle.

● Dans une plage de pression comprise entre 160 et 200 MPa, la pulvérisation fine du carburant contribue à un fonctionnement plus souple du moteur, réduit les contraintes sur les composants, améliore la consommation et donc les émissions.

● Utilise les pompes CP1H et CP3.

Chaque moteur a des paramètres différents, le système d'injection doit donc être conçu individuellement pour le moteur en question. La taille de la charge d'injection est déterminée en fonction des paramètres du moteur, de la charge et du régime. La façon dont la charge de carburant est administrée a une incidence sur un certain nombre de choses, par exemple les performances du moteur, le bruit du moteur, les émissions de gaz d'échappement. Il faut également déterminer le bon moment de l'injection, la bonne méthode d'injection et la taille de la dose injectée.

Pour les moteurs diesel, les performances dépendent de la quantité de carburant dans le mélange. La puissance est donc régulée en faisant varier la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion. Comme son nom l'indique, dans un moteur diesel, le carburant est enflammé par la température élevée de la vapeur de carburant de l'air comprimé avec l'air. Pour un allumage correct, il est important de doser correctement le carburant (temps d'injection, nombre d'injections, quantités injectées) et de pulvériser le carburant correctement (plus les gouttelettes sont fines, plus le carburant brûle uniformément dans le cylindre).

Ainsi, le diesel est pulvérisé dans la chambre de combustion sous forme de petites gouttelettes afin que la substance combustible se mélange à l'air de la meilleure façon possible et que la combustion la plus idéale se produise. La température élevée de l'air comprimé (environ 900 degrés Celsius) évapore le diesel finement dispersé lors de la compression pour produire un mélange inflammable à l'état gazeux qui s'enflamme de lui-même. La combustion dans les moteurs diesel est influencée, entre autres, par la qualité (inflammabilité) du carburant, la façon dont le carburant est pulvérisé, la température de l'air d'admission, la température de la chambre de combustion et le taux de compression.

Cela explique également pourquoi les moteurs diesel ont du mal à démarrer en hiver. Une combustion plus parfaite est obtenue en augmentant les pressions d'injection et en répartissant la charge sur plusieurs injecteurs. Le délai d'allumage du carburant par rapport au régime du moteur doit être pris en compte. Par exemple, on peut dire que plus le régime moteur est élevé, plus la pré-injection de carburant est importante.

Le problème se pose lorsqu'il y a des endroits dans le cylindre où le mélange est soit trop pauvre, soit trop riche. S'il n'y a pas assez d'air dans le cylindre, la combustion est imparfaite, le rendement diminue et il y a beaucoup plus de substances nocives dans les gaz d'échappement.

Un moteur diesel fonctionne avec un excès d'air, le mélange se forme dans la chambre de combustion ou dans la préchambre et est inhomogène. La combustion est principalement influencée par la quantité de carburant injectée, la durée de l'injection et le moment de l'injection (position du vilebrequin), le sens de l'injection et le nombre de jets d'injection, ainsi que le tourbillon du mélange.

Pour le premier système de pompe en ligne, des pressions d'injection maximales de 130 MPa ont été atteintes. Les pressions d'injection les plus élevées en laboratoire ont été obtenues avec le système PDE, jusqu'à 300 MPa.

Le système Common Rail permet d'atteindre des pressions d'injection allant jusqu'à 250 MPa. Des augmentations supplémentaires de la pression ne sont pas pratiques. À 250 MPa, la combustion est presque parfaite. En cas d'augmentation supplémentaire de la pression, la taille des gouttelettes élémentaires, qui, en tant que particules solides après la combustion, ne peuvent être entièrement capturées par le filtre à particules, peut poser problème. En outre, ces petites particules sont nocives pour la santé. Ils se déposent dans les poumons et, en raison de leur petite taille, les poumons ne sont pas en mesure de les expulser. C'est également pour cette raison que de nombreux constructeurs automobiles abandonnent aujourd'hui les moteurs diesel dans les voitures particulières.




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