mai 22

Introduction aux systèmes d’injection

Introduction aux systèmes d’injection

Alimentation en carburant des moteurs essence

Dans les moteurs à allumage commandé, Une mixture air/carburant homogène et combustible doit être formée avant le début de la combustion. Le moyen le plus simple pour atteindre ce résultat est l’utilisation d’un carburateur, où l’air admis passe à travers la gorge d’un Venturi, qui est reliée au réservoir de carburant. Plus le débit massique d’air est élevé, plus la chute de pression sera forte dans la gorge du Venturi, et donc le carburant sera aspiré.

Cependant, un tel système ne permet pas un contrôle précis du rapport air/carburant, et sachant qu’il est obligatoire d’obtenir une grande efficacité du catalyseur, il a donc été remplacé par des systèmes d’injection de carburant à commande électronique. Dans ces systèmes, la quantité de carburant injectée dans le flux d’air peut être contrôlé plus précisément en agissant sur la durée d’ouverture des injecteurs (qui peuvent être considérés comme des vannes électromagnétiques ON/OFF).

Le carburant peut être injecté dans le collecteur d’admission, dans chaque orifice d’admission ou directement dans le cylindre (injection directe). Dans ce dernier cas, l’injection doit être effectuée avec une grande avance, avant le début de la combustion, afin de permettre la formation d’un mélange air/carburant adéquat.Histoire des systèmes d'injection essence

De plus, l’injection directe peut également permettre un fonctionnement à charge stratifiée, dans lequel un mélange stœchiométrique est obtenu en injectant le carburant à proximité de la bougie d’allumage, juste avant le début de la combustion, de façon à être localement riche et globalement pauvre. Le fonctionnement à charge stratifiée permet le contrôle du rapport air/carburant uniquement grâce au système d’injection et donc d’éviter la nécessité d’utiliser un papillon en charge partielle pour obtenir une meilleure efficacité.

En utilisant des injecteurs électromagnétiques, la quantité de carburant injectée est proportionnelle à la durée de commande de l’injecteur.Injecteur essenceSéquence d'injection électronique essence

Alimentation en carburant des moteurs Diesel

Dans les moteurs à allumage par compression, le carburant est habituellement injecté directement dans le cylindre vers la fin de la course de compression (cas de l’injection directe).

Toutefois, pour les moteurs de petite cylindrée (en dessous de 0,5 litres), où de petites quantités de carburant doivent être injectées, la bonne atomisation du jet de combustible en petites gouttelettes et le mélange air/carburant peuvent difficilement être obtenus, en raison des limitations dans le diamètre minimum du trou de buse (0,1 mm minimum). Pour cette catégorie de moteur et pour les moteurs diesel anciens, l’injection indirecte dans une préchambre de combustion, reliée à la chambre de combustion par un passage étroit, est/a été utilisée, ce qui permet un meilleure et plus rapide mélange air/carburant, mais causant des pertes d’efficacité remarquables (pertes thermiques).Système d'injection Directe/Indirecte

Pour réaliser une injection directe sans technologie de rampe commune, le combustible était généralement envoyé sous pression par une pompe d’injection à travers des conduits qui transportaient le carburant vers les buses des injecteurs de chaque cylindre. Les pompes d’injection de type distributeur étaient normalement utilisées pour les moteurs d’automobile car la pression d’injection maximale était de seulement 750 bar alors que les pompes d’injection en ligne, qui étaient utilisées pour les gros moteurs, étaient en mesure de délivrer une pression d’injection de 1300 bar.

Cependant, le développement des systèmes d’injection à rampe commune, qui permet la séparation de l’injection en 2 ou plusieurs injections par cycle, a permis de résoudre les problèmes liés au post-traitement ou aux pertes thermiques, ce qui réduit remarquablement le recours aux injecteurs pompes ou aux moteurs à injection indirecte.

La particularité du système Common Rail par rapport à d’autres systèmes d’injection, c’est que tous les injecteurs sont alimentés en permanence par une pompe à haute pression à travers un accumulateur appelé Common Rail ou rampe commune. Dans les systèmes précédents, le dosage du carburant, l’avance à l’injection et la génération de pression étaient effectués par la pompe, alors qu’avec une rampe commune, l’actionnement de l’injecteur représente directement l’avance et le dosage du carburant, ce qui permet d’avoir une meilleure précision.Injecteur Diesel

En outre, la pompe à haute pression qui est en charge de la génération de la pression n’est plus dépendante de la vitesse du moteur et de la quantité d’injection. Il est alors plus facile de calibrer la pression d’injection en fonction d’un point de fonctionnement donné. En effet, la haute pression peut être générée, même à bas régime en raison de l’indépendance du couple (quantité d’injection) et de la vitesse de rotation du moteur.

En ce qui concerne les injecteurs, comme ils sont pilotés électroniquement, il est possible de gérer plusieurs injections (jusqu’à huit par cycle) et un réglage fin de la quantité et du timing. Les injecteurs sont toujours sous pression car ils sont connectés au rail.Séquence d'une injection diesel

L’avis de Romain :

Les systèmes d’alimentation en carburant sont de plus en plus complexes, à la fois pour les moteurs essence et Diesel. Par exemple, dans les moteurs Diesel, afin d’avoir un pression d’injection élevée et une meilleure atomisation, des systèmes combinant des injecteurs pompe et un Common rail font leur apparition et sont en mesure d’atteindre 3000 bar. Quand pensez-vous que les systèmes d’injection atteindront les limites physiques ? Est-ce que la pression d’injection augmentera dans de telles mesures dans les moteurs essence ?

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  1. Lorsque l’on parle de système d’injection, il faut prendre en compte le moteur complet.
    Beaucoup de gains sont encore possibles, notamment sur la gestion des petites quantités injectées (on peut imaginer une combustion avec plusieurs injections pilotes voire même une injection gérée par un capteur de pression cylindre en temps réel).
    Le problème n’est plus forcément d’augmenté encore la pression d’injection mais de pouvoir garantir une bonne pulvérisation du carburant (taille du nozzle, taille et nombre de trous, commande de l’injecteur).
    Des gains sont aussi possibles grâce a une meilleure gestion des combustion stratifiées.
    Ces changements peuvent aussi orienter l’architecture moteur (taux de compression variable, camless,…)

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