Système d'injection moteur diesel - injection directe avec pompe rotative VP 30, 37 et VP 44

La hausse constante des prix des carburants a poussé les constructeurs à accélérer le développement des moteurs diesel. Jusqu'à la fin des années 80, ils ne jouaient que du second violon en plus des moteurs à essence. Les principaux coupables étaient leur encombrement, leur bruit et leurs vibrations, qui n'étaient pas compensés par une consommation de carburant encore plus réduite. La situation aurait dû être aggravée par le prochain durcissement des exigences légales visant à réduire les émissions de polluants dans les gaz d'échappement. Comme dans d'autres domaines, l'électronique omnipotente a prêté main forte aux moteurs diesel.

À la fin des années 80, mais surtout dans les années 90, le contrôle électronique du moteur diesel (EDC) a été progressivement introduit, ce qui a considérablement amélioré les performances des moteurs diesel. Les principaux avantages se sont avérés être une meilleure atomisation du carburant obtenue grâce à une pression plus élevée, ainsi qu'une injection de carburant à commande électronique en fonction de la situation actuelle et des besoins du moteur. Beaucoup d'entre nous se souviendront de l'expérience de la vie réelle quel genre de "feu vert" a provoqué le lancement du légendaire moteur 1,9 TDi. Comme une baguette magique, le 1,9 D/TD jusque-là encombrant est devenu un athlète agile avec une consommation d'énergie extrêmement faible.

Dans cet article, nous allons vous expliquer comment fonctionne une pompe à injection rotative. Nous expliquerons d'abord le fonctionnement des pompes à lobes rotatifs à commande mécanique puis des pompes à commande électronique. Un exemple est la pompe à injection de Bosch, qui a été et reste le pionnier et le plus grand fabricant de systèmes d'injection pour moteurs diesel dans les voitures particulières.

L'unité d'injection avec pompe rotative alimente en carburant simultanément tous les cylindres du moteur. Le carburant est distribué aux injecteurs individuels par un piston distributeur. Selon le mouvement du piston, les pompes à lobes rotatifs sont divisées en axiales (avec un piston) et radiales (avec deux à quatre pistons).

Pompe d'injection rotative à pistons axiaux et distributeurs

Pour la description, nous utiliserons la célèbre pompe Bosch VE. La pompe se compose d'une pompe d'alimentation, d'une pompe haute pression, d'un régulateur de vitesse et d'un commutateur d'injection. La pompe à palettes d'alimentation fournit du carburant à l'espace d'aspiration de la pompe, d'où le carburant pénètre dans la section haute pression, où il est comprimé à la pression requise. Le piston du distributeur effectue un mouvement de coulissement et de rotation en même temps. Le mouvement de glissement est provoqué par une came axiale fermement reliée au piston. Cela permet au carburant d'être aspiré et fourni à la conduite haute pression du système de carburant du moteur à travers les soupapes de pression. En raison du mouvement de rotation du piston de commande, on obtient que la rainure de distribution dans le piston tourne en face des canaux à travers lesquels la conduite haute pression des cylindres individuels est connectée à l'espace de tête de pompe au-dessus du piston. Le carburant est aspiré pendant le mouvement du piston jusqu'au point mort bas, lorsque les sections transversales du conduit d'admission et des rainures du piston sont ouvertes l'une vers l'autre.

Pompe d'injection rotative à pistons radiaux

La pompe rotative à pistons radiaux fournit une pression d'injection plus élevée. Une telle pompe contient de deux à quatre pistons, qui déplacent les anneaux de came, qui sont fixés dans le piston dans leurs cylindres, vers le commutateur d'injection. L'anneau à cames a autant d'ergots que le cylindre moteur donné. Lorsque l'arbre de la pompe tourne, les pistons se déplacent le long de la trajectoire de la bague à cames à l'aide de rouleaux et poussent les saillies de came dans l'espace haute pression. Le rotor de la pompe d'alimentation est relié à l'arbre d'entraînement de la pompe d'injection. La pompe d'alimentation est conçue pour fournir du carburant du réservoir à la pompe à carburant haute pression à la pression nécessaire à son bon fonctionnement. Le carburant est fourni aux pistons radiaux par le rotor du distributeur, qui est rigidement relié à l'arbre de la pompe d'injection. Sur l'axe du rotor de distribution, il y a un trou central qui relie l'espace haute pression des pistons radiaux avec des trous transversaux pour l'alimentation en carburant de la pompe d'alimentation et pour l'évacuation du carburant haute pression vers les injecteurs des cylindres individuels. Le carburant sort dans les gicleurs au moment de relier les sections de l'alésage du rotor et les canaux dans le stator de la pompe. De là, le carburant s'écoule à travers une conduite haute pression jusqu'aux injecteurs individuels des cylindres du moteur. La régulation de la quantité de carburant injecté se fait en limitant le débit de carburant circulant de la pompe d'alimentation vers la partie haute pression de la pompe.

Pompes d'injection rotatives à commande électronique

La pompe rotative haute pression à commande électronique la plus couramment utilisée dans les véhicules en Europe est la série Bosch VP30, qui génère une haute pression avec un moteur à pistons axiaux, et la VP44, dans laquelle elle crée une pompe volumétrique à deux ou trois pistons radiaux. Avec une pompe axiale, il est possible d'atteindre une pression de buse maximale jusqu'à 120 MPa et avec une pompe radiale jusqu'à 180 MPa. La pompe est contrôlée par le système de contrôle électronique du moteur EDC. Dans les premières années de production, le système de contrôle était divisé en deux systèmes, dont l'un était contrôlé par le système de gestion du moteur et l'autre par la pompe d'injection. Peu à peu, un contrôleur commun situé directement sur la pompe a commencé à être utilisé.

Pompe centrifuge (VP44)

L'une des pompes les plus courantes de ce type est la pompe à pistons radiaux VP 44 de Bosch. Cette pompe a été introduite en 1996 en tant que système d'injection de carburant haute pression pour les voitures particulières et les véhicules utilitaires légers. Le premier constructeur à utiliser ce système était Opel, qui a installé une pompe VP44 dans le moteur diesel à quatre cylindres de sa Vectra 2,0 / 2,2 DTi. Cela a été suivi par Audi avec un moteur 2,5 TDi. Dans ce type, le démarrage de l'injection et la régulation de la consommation de carburant sont entièrement contrôlés électroniquement au moyen d'électrovannes. Comme déjà mentionné, l'ensemble du système d'injection est contrôlé soit par deux unités de commande distinctes, séparément pour le moteur et la pompe, soit par une pour les deux dispositifs situés directement dans la pompe. La ou les unités de commande traitent les signaux d'un certain nombre de capteurs, ce qui est clairement visible sur la figure ci-dessous.

Du point de vue de la conception, le principe de fonctionnement de la pompe est essentiellement le même que celui d'un système à entraînement mécanique. La pompe à carburant haute pression à distribution radiale se compose d'une pompe à chambre à palettes avec une vanne de régulation de pression et un papillon des gaz. Sa tâche est d'aspirer le carburant, de créer une pression à l'intérieur de l'accumulateur (environ 2 MPa) et de faire le plein avec une pompe à pistons radiaux haute pression qui crée la pression nécessaire pour une pulvérisation fine-injection de carburant dans les cylindres (jusqu'à environ 160 MPa) . ). L'arbre à cames tourne avec la pompe haute pression et alimente en carburant les différents cylindres d'injection. Une électrovanne rapide est utilisée pour mesurer et réguler la quantité de carburant injecté, qui est contrôlée par des signaux avec une fréquence d'impulsion variable via l'el. l'unité est située sur la pompe. L'ouverture et la fermeture de la vanne déterminent le temps pendant lequel le carburant est fourni par la pompe haute pression. Sur la base des signaux du capteur d'angle de marche arrière (position angulaire du cylindre), la position angulaire instantanée de l'arbre d'entraînement et de la bague à cames lors de l'inversion est déterminée, la vitesse de rotation de la pompe d'injection (par rapport aux signaux du vilebrequin capteur) et la position du commutateur d'injection dans la pompe sont calculées. L'électrovanne ajuste également la position du commutateur d'injection, qui fait tourner la bague à cames de la pompe haute pression en conséquence. De ce fait, les arbres entraînant les pistons entrent tôt ou tard en contact avec la bague à cames, ce qui entraîne une accélération ou un retard du début de la compression. La vanne d'inversion d'injection peut être ouverte et fermée en continu par l'unité de commande. Le capteur d'angle de braquage est situé sur une bague qui tourne de manière synchrone avec la bague à cames de la pompe haute pression. Le générateur d'impulsions est situé sur l'arbre d'entraînement de la pompe. Les points dentelés correspondent au nombre de cylindres du moteur. Lorsque l'arbre à cames tourne, les rouleaux de changement de vitesse se déplacent le long de la surface de la bague à cames. Les pistons sont poussés vers l'intérieur et pressurisent le carburant à haute pression. La compression du carburant sous haute pression commence après l'ouverture de l'électrovanne par un signal de la centrale. L'arbre de distribution se déplace vers une position devant la sortie de carburant comprimé vers le cylindre correspondant. Le carburant est ensuite acheminé à travers le clapet anti-retour des gaz jusqu'à l'injecteur, qui l'injecte dans le cylindre. L'injection se termine par la fermeture de l'électrovanne. La vanne se ferme approximativement après avoir dépassé le point mort bas des pistons radiaux de la pompe, le début de la montée en pression est contrôlé par l'angle de chevauchement des cames (contrôlé par le contacteur d'injection). L'injection de carburant est affectée par la vitesse, la charge, la température du moteur et la pression ambiante. L'unité de commande évalue également les informations du capteur de position du vilebrequin et l'angle de l'arbre d'entraînement dans la pompe. L'unité de commande utilise le capteur d'angle pour déterminer la position exacte de l'arbre d'entraînement de la pompe et du commutateur d'injection.

1. - Pompe d'extrusion à palettes avec vanne de régulation de pression.

2. – capteur d'angle de rotation

3. - élément de commande de la pompe

4. - pompe haute pression avec arbre à cames et vanne de vidange.

5. - interrupteur d'injection avec vanne de commutation

6. - électrovanne haute pression

Pompe axiale (VP30)

Un système de commande électronique similaire peut être appliqué à une pompe à piston rotatif, telle que la pompe Bosch de type VP 30-37, qui est utilisée dans les voitures particulières depuis 1989. Dans une pompe à carburant à débit axial VE commandée par un régulateur excentrique mécanique. la course effective et la dose de carburant déterminent la position du levier de vitesses. Bien entendu, des réglages plus précis sont réalisés électroniquement. Le régulateur électromagnétique de la pompe d'injection est un régulateur mécanique et ses systèmes supplémentaires. L'unité de commande détermine la position du régulateur électromagnétique dans la pompe d'injection, en tenant compte des signaux de divers capteurs qui surveillent les performances du moteur.

Enfin, quelques exemples des pompes mentionnées dans des véhicules spécifiques.

Pompe à essence rotative avec moteur à pistons axiaux VP30 utilise par exemple Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 utilise un moteur 1,9 SDi et TDi (66 kW).

Pompe d'injection rotative à pistons radiaux VP44 utilisé dans les véhicules:

Opel 2,0 DTI 16V, 2,2 DTI 16V

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Une conception similaire est une pompe d'injection rotative à pistons radiaux Nippon-Denso dans le Mazde DiTD (74 kW).