Injection de carburant dans les moteurs à essence. Avantages, inconvénients et problèmes éventuels

Le type de système d'injection détermine les paramètres du moteur et les coûts d'exploitation. Cela affecte la dynamique, la consommation de carburant, les émissions de gaz d'échappement et les coûts d'entretien de la voiture.

L'histoire de l'application pratique de l'injection d'essence dans un moteur à combustion interne dans les transports remonte à la période précédant la Première Guerre mondiale. Même alors, l'aviation recherchait de toute urgence de nouvelles solutions susceptibles d'améliorer l'efficacité des moteurs et de résoudre les problèmes de puissance dans diverses positions de l'avion. L'injection de carburant, apparue pour la première fois dans le moteur d'avion V8 français de 1903, s'est avérée utile. Ce n'est qu'en 1930 que la Mercedes 1951 SL à injection de carburant a fait ses débuts, largement considérée comme un précurseur dans le domaine. Cependant, dans la version sportive, c'était la première voiture à injection directe d'essence.

L'injection électronique de carburant a été utilisée pour la première fois dans la 300 dans un moteur Chrysler de 1958. L'injection d'essence multipoint a commencé à apparaître sur les voitures dans les années 1981, mais elle était principalement utilisée dans les modèles de luxe. Des pompes électriques à haute pression étaient déjà utilisées pour assurer une pression adéquate, mais le contrôle était toujours du ressort des mécaniciens, qui ne sont tombés dans l'oubli qu'en 600 avec la fin de la production de Mercedes. Les systèmes d'injection étaient encore chers et ne sont pas devenus des voitures bon marché et populaires. Mais lorsqu'il est devenu nécessaire dans les années XNUMX d'installer des convertisseurs catalytiques sur toutes les voitures, quelle que soit leur classe, un type d'injection moins cher a dû être développé.

La présence d'un catalyseur nécessitait un contrôle plus précis de la composition du mélange que les carburateurs ne pouvaient fournir. Ainsi fut créée l'injection monopoint, version maigre du « multipoint », mais suffisante pour les besoins des voitures bon marché. Depuis la fin des années 1996, il a commencé à disparaître du marché, remplacé par des injecteurs multipoints, qui sont actuellement le système de carburant le plus populaire dans les moteurs automobiles. En XNUMX, l'injection directe de carburant a fait ses débuts standard sur la Mitsubishi Carisma. La nouvelle technologie nécessitait de sérieuses améliorations et a d'abord trouvé peu d'adeptes.

Cependant, face à des normes de gaz d'échappement de plus en plus strictes, qui ont dès le début eu une forte influence sur les progrès des systèmes d'alimentation en carburant automobile, les concepteurs ont finalement dû passer à l'injection directe d'essence. Dans les dernières solutions, jusqu'à présent peu nombreuses, elles combinent deux types d'injection d'essence - indirecte multipoint et directe.    

Injection indirecte en un seul point

Dans les systèmes d'injection monopoint, le moteur est alimenté par un seul injecteur. Il est installé à l'entrée du collecteur d'admission. Le carburant est fourni sous une pression d'environ 1 bar. Le carburant atomisé se mélange à l'air devant les orifices d'admission des canaux menant aux cylindres individuels.

Le mélange air-carburant est aspiré dans les canaux sans dosage précis du mélange pour chaque cylindre. En raison des différences de longueur des canaux et de la qualité de leurs finitions, l'alimentation électrique des cylindres est inégale. Mais il y a aussi des avantages. Étant donné que le chemin du mélange de carburant et d'air de la buse à la chambre de combustion est long, le carburant peut bien s'évaporer lorsque le moteur se réchauffe correctement. Par temps froid, le carburant ne s'évapore pas, les poils se condensent sur les parois du collecteur et pénètrent partiellement dans la chambre de combustion sous forme de gouttes. Sous cette forme, il ne peut pas s'épuiser complètement pendant le cycle de travail, ce qui entraîne une faible efficacité du moteur pendant la phase de préchauffage.

La conséquence en est une augmentation de la consommation de carburant et une forte toxicité des gaz d'échappement. L'injection à point unique est simple et bon marché, ne nécessite pas de nombreuses pièces, des buses complexes et des systèmes de contrôle avancés. Les faibles coûts de production se traduisent par une baisse du prix du véhicule et les réparations avec injection monopoint sont faciles. Ce type d'injection n'est pas utilisé dans les moteurs de voitures de tourisme modernes. On ne le trouve que dans des modèles au design rétro, bien que produits hors d'Europe. Un exemple est le Samand iranien.

privilèges

– Conception simplifiée

– Faibles coûts de production et de maintenance

– Faible toxicité des gaz d'échappement lorsque le moteur est chaud

des défauts

– Faible précision de dosage du carburant

– Consommation de carburant relativement élevée

– Haute toxicité des gaz d'échappement dans la phase de réchauffement du moteur

– Mauvaises performances en termes de dynamique du moteur

Injection multipoint indirecte

Une extension de l'injection indirecte monopoint est l'injection indirecte multipoint avec un injecteur dans chaque orifice d'admission. Le carburant est délivré après la manette des gaz, juste avant la soupape d'admission.Les injecteurs sont plus proches des cylindres, mais le trajet du mélange air/carburant est encore suffisamment long pour que le carburant se vaporise sur un moteur chaud. En revanche, la phase de chauffage a moins tendance à se condenser sur les parois de la lumière d'admission, puisque la distance entre la tuyère et le cylindre est plus courte. Dans les systèmes multipoints, le carburant est fourni à une pression de 2 à 4 bars.

Un injecteur séparé pour chaque cylindre offre aux concepteurs de toutes nouvelles possibilités en termes d'augmentation de la dynamique du moteur, de réduction de la consommation de carburant et de réduction des émissions d'échappement. Au départ, aucun système de contrôle avancé n'était utilisé et toutes les buses distribuaient du carburant en même temps. Cette solution n'était pas optimale, car le moment d'injection ne se produisait pas dans chaque cylindre au moment le plus avantageux (lorsqu'il heurtait la soupape d'admission fermée). Seul le développement de l'électronique a permis de construire des systèmes de contrôle plus avancés, grâce auxquels l'injection a commencé à fonctionner avec plus de précision.

Initialement, les buses étaient ouvertes par paires, puis un système d'injection séquentielle de carburant a été développé, dans lequel chaque buse s'ouvre séparément, au moment optimal pour un cylindre donné. Cette solution vous permet de sélectionner avec précision la dose de carburant pour chaque coup. Un système multipoint série est beaucoup plus complexe qu'un système monopoint, plus cher à fabriquer et plus cher à entretenir. Cependant, cela vous permet d'augmenter considérablement l'efficacité du moteur avec moins de consommation de carburant et moins de toxicité des gaz d'échappement.

privilèges

– Haute précision de dosage du carburant

– Faible consommation de carburant

– De nombreuses possibilités en termes de dynamique moteur

– Faible toxicité des gaz d'échappement

des défauts

- Complexité de conception importante

– Coûts de production et de maintenance relativement élevés

Injection directe

Dans cette solution, l'injecteur est installé dans le cylindre et injecte le carburant directement dans la chambre de combustion. D'une part, cela est très avantageux, car cela vous permet de remplacer très rapidement la charge air-carburant au-dessus du piston. De plus, le carburant relativement froid refroidit bien la tête du piston et les parois du cylindre, il est donc possible d'augmenter le taux de compression et d'obtenir un rendement moteur plus élevé sans craindre un cliquetis de combustion indésirable.

Les moteurs à injection directe sont conçus pour brûler des mélanges air/carburant très pauvres à de faibles charges moteur afin d'obtenir une consommation de carburant extrêmement faible. Cependant, il s'est avéré que cela pose des problèmes d'excès d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement, pour les éliminer il est nécessaire d'installer des systèmes de nettoyage appropriés. Les concepteurs traitent les oxydes d'azote de deux manières : en ajoutant du boost et en réduisant la taille, ou en installant un système complexe de buses biphasées. La pratique montre également qu'avec l'injection directe de carburant, le phénomène défavorable de dépôts de carbone dans les conduits d'admission des cylindres et sur les tiges de soupapes d'admission (diminution de la dynamique du moteur, augmentation de la consommation de carburant).

En effet, les orifices d'admission et les soupapes d'admission ne sont pas rincés avec le mélange air/carburant comme avec l'injection indirecte. Par conséquent, ils ne sont pas emportés par les fines particules d'huile pénétrant dans le système d'aspiration depuis le système de ventilation du carter. Les impuretés de l'huile durcissent sous l'influence de la température, créant une couche de plus en plus épaisse de boues indésirables.

privilèges

– Très grande précision de dosage du carburant

– Possibilité de brûler des mélanges pauvres

– Très bonne dynamique du moteur avec une faible consommation de carburant

des défauts

- Conception extrêmement complexe

– Coûts de production et de maintenance très élevés

– Problèmes d'oxydes d'azote en excès dans les gaz d'échappement

- Dépôts de carbone dans le système d'admission

Double injection - directe et indirecte

La conception du système d'injection mixte tire parti à la fois de l'injection indirecte et de l'injection directe. L'injection directe fonctionne lorsque le moteur est froid. Le mélange carburant/air s'écoule directement sur le piston et la condensation est exclue. Lorsque le moteur est chaud et tourne à faible charge (conduite à vitesse constante, accélération douce), l'injection directe cesse de fonctionner et l'injection indirecte multipoint prend le relais. Le carburant s'évapore mieux, les injecteurs du système d'injection directe très coûteux ne fonctionnent pas et ne s'usent pas, les soupapes d'admission sont lavées par le mélange carburant-air, de sorte que les dépôts ne se forment pas dessus. Aux fortes charges du moteur (fortes accélérations, conduite rapide), l'injection directe est remise en marche, ce qui assure un remplissage très rapide des cylindres.

privilèges

– Dosage de carburant très précis

– Délivrance optimale du moteur dans toutes les conditions

– Très bonne dynamique du moteur avec une faible consommation de carburant

– Pas de dépôts de carbone dans le système d'admission

des défauts

- Grande complexité de conception

– Coûts de production et de maintenance extrêmement élevés