Systèmes d'injection diesel. Conception, avantages et inconvénients

Contrairement aux moteurs à essence, les moteurs diesel avaient une injection de carburant dès le départ. Seuls les systèmes d'injection, les raccords et la pression du carburant alimentant les cylindres ont changé.

Le principe de fonctionnement d'un moteur diesel, communément appelé moteur diesel, est complètement différent de celui d'un moteur à essence. Dans les camions-citernes, le mélange carburant-air pénètre dans la chambre de combustion au-dessus du piston. Après compression, le mélange s'enflamme en raison de la panne d'une étincelle électrique aux électrodes de la bougie. C'est pourquoi les moteurs à essence sont également appelés moteurs à allumage commandé (SI).

Dans les moteurs diesel, le piston dans la chambre de combustion ne comprime que de l'air qui, sous l'influence d'une pression énorme (au moins 40 bars - d'où le nom de «haute pression»), est chauffé à une température de 600 à 800 ° C. L'injection de carburant dans cet air chaud entraîne une auto-inflammation immédiate du carburant dans la chambre de combustion. Pour cette raison, les groupes motopropulseurs diesel sont également appelés moteurs à allumage par compression (CI). Dès le début, ils ont été alimentés en injectant du carburant dans la chambre de combustion, et non dans le collecteur d'admission, qui ne fournit que de l'air au moteur. Selon que la chambre de combustion était divisée ou non, les moteurs diesel étaient divisés en groupes motopropulseurs à injection indirecte ou directe.

Injection indirecte

Le diesel, bien qu'il ait fait ses débuts avec un système d'injection directe, n'a pas été utilisé longtemps. Cette solution a causé trop de problèmes et dans l'industrie automobile elle a été remplacée par l'injection indirecte brevetée en 1909. L'injection directe est restée dans les gros moteurs fixes et marins, ainsi que dans certains camions. Les concepteurs de voitures particulières ont privilégié les moteurs diesel à injection indirecte, avec un fonctionnement plus doux et moins de bruit.

Le terme "indirect" dans les moteurs diesel signifie quelque chose de complètement différent de celui des moteurs à essence, où l'injection indirecte est l'injection d'un mélange air-carburant dans le collecteur d'admission. Dans les moteurs diesel à injection indirecte, comme dans les conceptions à injection directe, le carburant atomisé par l'injecteur pénètre également dans la chambre de combustion. C'est juste qu'il est divisé en deux parties - une partie auxiliaire, dans laquelle le carburant est injecté, et la partie principale, c'est-à-dire l'espace directement au-dessus du piston dans lequel se déroule le processus principal de combustion du carburant. Les chambres sont interconnectées par un canal ou des canaux. En termes de forme et de fonction, les chambres sont divisées en réservoirs préliminaires, à vortex et à air.

Ces derniers ne peuvent pas être utilisés, puisque leur production a pratiquement cessé. Dans le cas des préchambres et des chambres de turbulence, la tuyère est installée à côté de la chambre auxiliaire et y injecte du carburant. Là, l'allumage se produit, puis le carburant partiellement brûlé pénètre dans la chambre principale et y brûle. Les diesels avec une préchambre ou une chambre de turbulence fonctionnent en douceur et peuvent avoir des systèmes de manivelle légers. Ils ne sont pas sensibles à la qualité du carburant et peuvent avoir des buses de conception simple. Cependant, ils sont moins efficaces que les diesels à injection directe, consomment plus de carburant et ont du mal à démarrer un moteur froid. Aujourd'hui, les moteurs diesel à injection indirecte dans les voitures particulières appartiennent au passé et ne sont plus produits. On les trouve rarement dans les voitures modernes sur le marché aujourd'hui. On ne les trouve que dans des modèles tels que l'Indian Hindustan et le Tata, l'UAZ russe, l'ancienne génération de Mitsubishi Pajero vendue au Brésil ou la Volkswagen Polo proposée en Argentine. Ils sont utilisés en quantités beaucoup plus importantes dans les véhicules de rechange.

Injection directe

Tout a commencé avec lui. Cependant, les avantages de l'injection directe n'ont pas été exploités au départ. L'importance d'un bon brassage du carburant n'était pas connue et sa combustion n'était pas optimale. Des grumeaux de carburant se sont formés, ce qui a contribué à la formation de suie. Les processus sur le piston sont allés trop vite, les moteurs ont travaillé dur, détruisant rapidement le roulement du vilebrequin. Pour cette raison, l'injection directe a été abandonnée au profit de l'injection indirecte.

Un retour aux sources, mais dans une version moderne, n'a eu lieu qu'en 1987, lorsque la Fiat Croma 1.9 TD est entrée en production de masse. L'injection directe de carburant nécessite un équipement d'injection efficace, une pression d'injection élevée, un carburant de bonne qualité et un pédalier très solide (et donc lourd). Cependant, il offre un rendement élevé et un démarrage facile d'un moteur froid. Les solutions modernes pour les moteurs diesel à injection directe reposent principalement sur des têtes et des pistons complètement plats avec des chambres (cavités) de forme appropriée. Les chambres sont responsables de la turbulence correcte du carburant. L'injection directe est largement utilisée aujourd'hui dans les moteurs diesel des voitures de tourisme.

Injection directe - Injecteurs à pompe

Dans les moteurs diesel traditionnels, différents types de pompes sont responsables de l'alimentation en carburant. À l'époque des pionniers, l'injection de carburant se faisait avec de l'air comprimé ; dans les années 20, cela se faisait avec des pompes à huile repensées. Dans les années 300, les pompes spéciales conçues pour les moteurs diesel étaient déjà largement utilisées. Initialement, il était basé sur des pompes en série qui créaient une basse pression (jusqu'à 60 bars). Ce n'est que dans les années 1000 que des pompes distributrices axiales plus performantes (plus de 80 bars) sont apparues. Au milieu des années 524, ils ont reçu un contrôle d'injection mécanique et au milieu des années 1986, ils ont reçu un contrôle électronique (BMW XNUMXtd, XNUMX).

Les injecteurs-pompes utilisés dans les camions déjà dans les années 30 étaient un mode d'injection de carburant légèrement différent, ils ont été largement utilisés dans les voitures particulières par l'entreprise Volkswagen, pour la première fois en 1998 (Passat B5 1.9 TDI). En bref, un injecteur-pompe est un injecteur avec sa propre pompe, qui est entraînée par un arbre à cames. Ainsi, tout le processus de mise sous pression et d'injection dans le cylindre est limité à la culasse. Le système est très compact, il n'y a pas de conduites de carburant reliant la pompe aux injecteurs. Par conséquent, il n'y a pas de pulsation de la buse, ce qui rend difficile la régulation de la dose de carburant et des fuites. Étant donné que le carburant se vaporise partiellement dans la chambre de l'injecteur-pompe, le calage de l'injection peut être court (démarrage facile). Le plus important, cependant, est la pression d'injection très élevée de 2000-2200 bar. La dose de carburant dans le cylindre se mélange rapidement à l'air et brûle très efficacement.

En général, un moteur diesel à injecteur-pompe se caractérise par un rendement élevé, une faible consommation de carburant, une vitesse élevée et la possibilité d'obtenir une densité de puissance élevée. Mais un moteur à injecteurs-pompes est coûteux à fabriquer, principalement en raison de la complexité de la culasse. Son travail est dur et bruyant. Lorsqu'ils sont alimentés par des injecteurs-pompes, des problèmes d'émissions se posent également, ce qui a grandement contribué à l'abandon de cette solution par VW.

Injection directe - Rampe commune

L'élément le plus important du système d'injection Common Rail est le "Common Rail", un type de réservoir également appelé "accumulateur de carburant sous pression", dans lequel une pompe pompe du carburant diesel. Il entre dans les buses non pas directement de la pompe, mais du réservoir, tout en maintenant la même pression pour chaque cylindre.

Au sens figuré, on peut dire que chacun des injecteurs n'attend pas une partie du carburant de la pompe, mais dispose toujours de carburant à très haute pression. Les impulsions électriques qui actionnent les injecteurs sont suffisantes pour alimenter en carburant les chambres de combustion. Un tel système permet de créer des injections multi-phases (voire 8 phases par injection), ce qui conduit à une combustion très précise du carburant avec une montée en pression progressive. La très haute pression d'injection (1800 bar) permet l'utilisation d'injecteurs à très petits orifices qui délivrent le carburant quasiment sous forme de brouillard.

Tout cela est complété par une efficacité élevée du moteur, un fonctionnement silencieux et un faible niveau sonore (malgré l'injection directe), une bonne maniabilité et de faibles émissions d'échappement. Cependant, les moteurs à rampe commune nécessitent le carburant de la plus haute qualité et les meilleurs filtres. Les contaminants dans le carburant peuvent détruire les injecteurs et causer des dommages extrêmement coûteux à réparer.