9 Aspects technologiques de l’injection Diesel

1. 9 Aspects technologiques de l’injection Diesel

2. 2 systèmes : - Injection indirecte (à préchambre) - Injection directe : - Classique (p ~ 500 bars) - Common rail (p ~ 1800 bars) - Injecteurs pompes (p ~ 4000 bars)

4. 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».

5. Système d’injection Diesel avec pompe en ligne

6. Système d’injection Diesel avec pompe en ligne

7. 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).

8. injecteurs à téton (pour l’injection indirecte)- injecteursà trous (pour l’injection directe)

9. 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.

10. 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.

11. 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

12. Principe du régulateur à masselottes (régulateur de Watt)

13. 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» • 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.

15. Injecteur à commande électro-magnétique pour Common Rail

16. Injection Diesel Common Rail (suite) • 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.

18. 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.

19. Injection Diesel par injecteur-pompe

20. 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) .