injection diesel electronique

7/30/2019 INJECTION Diesel Electronique

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INJECTION ELECTRO NIQUE

Depuis que la voiture a adopt des motorisations diesel devenues au fil des annes de plus enplus performantes son principe d'alimentation est rest du type injection indirecte. Ce n'estque rcemment sous l'impulsion des marques allemandes que la technique de l'injection

directe est apparue en automobile (car dj bien prsente dans le milieu du poids lourd). Elleest maintenant prsente chez tous les constructeurs. Son principe de fonctionnement diffrede l'injection indirecte par l'injection de gazole directement dans le cylindre et non plus dansune chambre de turbulence amnage dans la culasse juste avant le cylindre (injectionindirecte). En fait cette "chambre" est moule dans le piston. Cette technique a t adopte carelle a plusieurs avantages:

Baisse de la consommation de carburant . Meilleur rendement . Rduction de la pollution

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Schma de principe des lments constituant l'application "Common Rail"sur le moteur 611de la Mercedes C 220 CDI :

Les circuits de carburant :

A : basse pression.

C : Retour du carburant.

D : Haute pression.

F : Arriv du carburant.

1: Rservoir.

2: Rchauffeur du carburant.

3: Filtre principal.

4: Pompe d'alimentation basse pression.

5: valve de coupure d'alimentation.

6: Pompe haute pression. 7: Rgulateur de pression. 8:Capteur de pression.

9: Rampe commune ou rail de stockage du carburant sous haute pression.

10: Injecteur lectromagntique. 11: Refroidisseur du carburant.

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Mais depuis environ un an une nouvelle gnration de systmes d'injection directe d'origineBOSCH a vue le jour. Cest l'arrive fulgurante de l'lectronique sur nos bons vieuxdiesels.C'est vrai que depuis quelques annes le diesel n'a pas bonne publicit entre le bruit qu'il metet sa mauvaise rputation en terme de pollution.Alors pour rsoudre ces problmes les ingnieurs ont russi conserver les avantages del'injection directe tout en rduisant fortement les inconvnients. Ils sont tous unanimes pourdire que la haute PRESSION est la solution d'avenir pour le diesel. En effet l'injection hautepression a l'avantage de rduire fortement le taux de pollution des moteurs diesel. C'est de laqu'est ne l'injection directe haute pression appeler common-rail (nous verrons plus tardpourquoi).

Mais le problme est de crer cette haute pression, car sur un moteur diesel injection indirectele gazole est inject entre 130 175 bars. Alors que sur le common-rail on atteint 1350 bars 1700 bars, c'est dire 10 fois plus.videmment la pompe a injection mcanique classique que nous connaissons sur les dieselsne pourra pas fournir une telle pression, c'est donc tout naturellement qu'elle va treremplace par une pompe trs haute pression. C'est bien l le plus grand changementvisible, nos bonnes vielles pompes dinjection (en ligne ou rotative LUCAS ou BOSCH) vonttout bonnement disparatre.

Ce gazole haute pression qui en sortie de pompe pourra atteindre1350 bars 1700 bars(selon modle) sera ensuite stock dans une rampe commune ou common-rail ou une sphre(Delphi).

Dans son principe de fonctionnement le common-rail est semblable au systme d'injectionessence, c'est en ralit une injection lectronique (dans le vrai sens du terme) diesel hautepression. Avant de dtailler chaque lment nous allons parcourir le chemin pris par le gazole,du rservoir jusqu'au cylindre.

A partir du rservoir le systme se compose d'un rchauffeur de carburant, d'un filtre, d'unepompe d'alimentation, d'une valve de coupure, de la pompe haute pression, de la rampecommune comprenant un capteur de pression et une valve de rgulation de pression (sur larampe pour les anciens modles) des canalisations vers les injecteurs, des injecteurslectromagntiques et d'un refroidisseur de gazole vers le retour au rservoir.

DETAILS DES ELEMENTS :

LA POMPE HAUTE PRESSION

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1. Canal de refoulement2. Poussoir3. excentrique4. clapet d'entre5. clapet6. aspiration7. clapet8. piston9. ressort10.clapet de sortie

Fonctionnement de la pompe:

(dtail d'un des 3 pistons) a droite, la phase d'admission ducarburant, a gauche, la phase de refoulement

L pompe est spcifique au systme et possde trois pistons radiaux dcales de 120 degrs. Ilssont commands par un excentrique via un pignon intermdiaire entran par la courroie dedistribution. La pompe haute pression alimente la rampe commune, le dbit est bien sur li lavitesse du moteur, toute la haute pression sera dirige vers la rampe commune, elle seraensuite rgule par un rgulateur de pression intgr en bout de rampe (selon modle).

RAMPE COMMUNE:

Il s'agit d'un tube de forte paisseur pouvant rsister de trs hautes pressions, portant sesextrmits le capteur de pression et le rgulateur de pression. Ce dernier reoit et stocke legazole haute pression en provenance de la pompe, il alimente en permanence les injecteurstoujours sous pression. Cette pression est rgule par le rgulateur qui est command par le

botier lectronique selon une cartographie en mmoire. Une cartographie est un ensemble dedonnes mis en mmoire dans le calculateur qui sert de rfrence a celui-ci pour commanderle rgulateur de faon optimal, c'est le "logiciel" du calculateur.

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CAPTEUR ET REGULATEUR DE PRESSION

A l'aide d'une rsistance variable, le capteur depression mesure prcisment la pression relle dans la rampe etinforme le calculateur. Celui-ci, en fonction de cette donne et denombreux autres (que nous verrons plus loin) commande lergulateur de pression.

Le rgulateur de pression est une valve

lectromagntique. Il rgle la pression dans la rampe en fonctiondu courant reu venant du calculateur. L'intensit dtermine laforce de fermeture de la valve du rgulateur de pression.L'excdent retourne au rservoir.

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INJECTEURS ELECTROMAGNETIQUES:

Coupe d'un injecteur lectromagntique

1: connexion lectrique. 2: joint torique.3: noyau magntique. 4: douille.5:crou de serrage de l'aimant. 6: bobine magntique.7: bague de rglage. 8:filtre crayon.9: tubulure de pression. 10: rondelle d'tanchit.11: guide de bille. 12: bille de vanne.13: bague d'tanchit. 14: lment de vanne.15: piston de vanne. 16: garniture de vanne.17: corps d'injecteur. 18: pointeau d'injecteur.19: injecteur. 20: crou de serrage de l'injecteur.21: goupille de serrage spirale. 22: pice de pression.23: ressort d'appui d'injecteur. 24: rondelle de compression.25: bille. 26: axe d'induit.

27: bague de rglage. 28: rondelle d'induit.29: vis de serrage de vanne. 30: ressort d'induit.31: plateau d'induit. 32: rondelle de scurit.33: ressort de vanne. 34: tubulure d'vacuation.35: rondelle de rglage.


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*** Page N6 ***Linjecteur et sa fixation :

1: vis. 2: bride. 3: bille de contact. 4: couvre culasse.

5: culasse. 6: bague tanchit. 7: injecteur.


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VUE DE L'INJECTEUR ET DE SON GUIDE

VUE DE L'INJECTEUR EN TOTALITE

AVEC SON RACCORD ET SA FICHE ELECTRIQUE
http://cybermecanique.free.fr/images/la_com8.jpg


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*** Page N8 ***LE CALCULATEUR

La technologie common-rail apporte la motorisation Diesel la matrise dutemps d'injection. Le calculateur, en fonction des multiples informationsenvoyes par les diffrents capteurs (voir ci dessous) reoit les signauxd'entre et gre les sorties en fonction des critres de fonctionnement du

moteur. Pour adapter la quantit de gazole, le calculateur agit soit sur lapression de carburant dans la rampe (valve du rgulateur de pression) soit surla dure d'activation des lectrovannes des injecteurs, en synchronisant biensur ces actions. La quantit injecte dpend de la commande deslectrovannes, de la vitesse d'ouverture et de la fermeture de l'aiguille del'injecteur, de la pression de carburant dans le rail, de la quantit passe parl'injecteur et de la leve de l'aiguille.

Principales informations entre et de sortie au calculateur:

1: module fusible et relais. 2: capteur de pression. 3: info rgime. 4: capteur depression sur rampe commune. 5: sonde temprature d'eau. 6: contacteurpdale de frein. 7: capteur de niveau d'huile. 8: capteur position vilebrequin. 9:dbitmtre d'air massique a film chaud. 10: capteur position pdaled'acclrateur. 11: sonde temprature d'air. 12: prchauffage. 13: calculateur.14 15 16 17 18 19 20 21: information concernant les signaux ABS, EGS,ANTIVOL, CLIM, ASR. Ces infos ne seront pas traites dans cette page enraison de la non appartenance au systme aborder. Les constructeurs

regroupent de plus en plus les botiers en raison du gain de place, ainsi queles ventuels relations entre eux. En effet par exemple le systme antipatinageaura besoin de certaines info envoyes par le calculateur qui gre le common-rail, ses liaisons sont ralises par multiplexage ou CAN-BUS et seront traitesdans un autredossier.


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*** Page N9 ***Du cot de LUCAS

Lucas prsentait aussi son systme common-rail. Lucas a t rachetparDELPHIqui est commercialise une injection haute pression, son principeest sensiblement identique mais la rampe est remplace par une sphre.

Il existe aussi un autre systme : l'injecteur pompe. Ce systme employaujourd'hui que par le groupe Volkswagen est capable d'atteindre despressions de 2050 bars. (Voir dossier injecteur pompe)

Mais aussi :

Injection common rail : la fin du monopole .

Trs peu encombrante, linjection directe Diesel de Delphi convient toutparticulirement au petits moteurs comme le nouveau 1.5 dCi de Renault.

On se souvient du lancement de linjection directe Diesel common rail ,dveloppe par le groupe Fiat et industrialise par Bosch. Rcompens de sonaudace, ce dernier jouissait dun monopole avec des constructeurs en listedattente. La rampe commune va pouvoir se gnraliser puisquun deuximequipementier, Delphi, livre maintenant un systme voisin et trs performant. Depuis des annes Lucas travaillait sur le principe de la rampe communeavec un temps de retard sur son concurrent Bosch. Delphi ayant repris LucasDiesel, cest sous la marque de lquipementier amricain quapparatsonsystme en 2001 chez Ford, puis chez Renault.


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*** Page N10 ***Le principe de base reste le mme. Une pompe met le gazole sous trs

forte pression dans un volume commun pour tous les cylindres. Depuis cetterserve des tubes amnent le combustible aux injecteurs lectromagntiquescomparables ceux des injections essence. Ils souvrent lorsquils reoiventune impulsion lectrique et peuvent le faire plusieurs fois au court dun mme

temps moteur. La quantit injecte est fonction de la dure de linjectionprincipale.Le systme de Delphi marque des diffrences par rapport celui de

Bosch. Principale particularit, la rampe commune est remplace par unesphre. Cela permet une pression encore plus leve et un encombrementrduit, avantage providentiel pour les moteurs de cylindre modeste destinsaux petites voitures.

Le pilotage a gagn en finesse. Chaque injecteur reoit une calibrationpropre qui permet de piloter lavance et le dbit dune manire individualisepour chacun deux. Une fonction de contrle permanent et dauto-rgulationpermet de corriger dans le temps le dbit de pr-injection qui est fig sur

lautre systme cela compense les effets du vieillissement. En outre, pour laprcision du fonctionnement et la rapidit de rponse, le systme utilise denouveaux injecteurs 6 trous avec aiguille et clapet allgs. Leur mouvementseffectue en 3 millisecondes.

Lquipementier et les constructeurs qui ont adopt son systmeannoncent des consommations encore plus conomiques, un niveau sonoresensiblement abaiss (on nest plus trs loin des niveaux dun moteur essence de mme puissance) et une meilleure tenue dans le temps.

Linjection common rail Delphi ( il serait plus exact de dire commonball ) est apparue sur le moteur 1753 cm3 115 ch de la Ford Focus TDCi avantdquiper le 2 litres 115 puis 130 ch de la Mondeo. Renault ladopte sur sonnouveau 1.5 dCi (1461 cm3) dveloppant 65 ou 80 ch avec des missions deC02 ramenes 120 g/km, lancement pour lt 2001.

Bosch ne pouvant pas reconvertir ses fabrications en un an ou deux,certains constructeurs taient rests fidles linjection directe mcaniqueavec une pompe rotative (Ford et Opel notamment) ou avec des injecteurs-pompe (groupe Volkswagen). Ils nauront plus dexcuses ! Troisquipementiers (Bosch, Delphi et Denso) produisent maintenant des systmescommon rail, et Siemens devrait les rejoindre. Il nest pas besoin dtre

prophte pour prdire la gnralisation rapide du common rail pour le plusgrand bien des utilisateurs et de lenvironnement.

Delphi planchait sur un systme common rail. Il avait dailleurs acquisLucas Diesel auprs de TRW en janvier dernier pour renforcer sescomptences. Aprs avoir annoncer la signature de contrats auprs de clientseuropens pour un montant de deux milliards de dollars, cest au Mondial delAutomobile que le systme a t dvoil.

LItalien Magneti Marelli est lorigine de linjection directe diesel pour lesVP. Il a ensuite vendu sa licence Bosch qui fournit maintenant la majorit des

constructeurs. Le principe du common rail na plus de secret : des injecteurspilots lectroniquement administrent du diesel dans la chambre decombustion. En gnral, il se produit une injection pilote, une principale et unepost combustion. Le common rail amliore la combustion du carburant, lerendement du moteur et diminue la consommation de Diesel et donc la


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pollution.

*** Page N11 ***Delphi se base videmment sur ces concepts, en les modifiant

lgrement pour rendre compatible cot et qualit. Notre premire gnrationde common rail possde une accumulation cylindrique. Le rail est sphrique.

Ce modle est destin de petits moteurs qui vont jusqu 1500cc. Pour lesplus grosses cylindres, nous conserverons le rail tubulaire, indique PeterLakin, directeur vente et marketing de Delphi Diesel Systems.

Autre diffrence, le nombre dinjections. Avec ce systme, nous nefaisons quune injectionpilote et une principale. En outre, la pression monte 1450 bars, soit environ 100 bars de plus que la concurrence. Nous passonsfacilement les normes et ce systme est un peu moins cher, renchrit M.Lakin.

Lactuateur qui ordonne lectroniquement linjection est inclus dans lecorps de linjecteur, proximit de laiguille. Ainsi, les injecteurs sont pluspetits, plus lgers, plus rapides, plus prcis. Nos rsultats sont quivalents

ceux des systmes piezzo qui existent actuellement, compare Peter Lakin.

Fiabilit accrue :Il est notorit que certains injecteurs se grippent. Delphi sest pench

sur le problme pour viter lcueil. Nous avons mis au point lI2C, individualinjectors characterization. Lors de leur fabrication, les injecteurs sont testsindividuellement et marqus au laser. Nous nous efforons de produire desinjecteurs similaires, mais nous travaillons lchelle du micron et de lgresdiffrences peuvent apparatre. Nous avons donc ajout ce test individuel,lI2C. Lorsque le client monte les injecteurs, il dispose dun lecteur laser qui litle marquage o sont enregistres les caractristiques de linjecteur. Unordinateur les enregistre. Lorsquon monte le moteur, les informations sonttransmises lunit de contrle des injecteurs qui ainsi sait exactement laquantit de carburant ncessaire pour optimiser linjection, dtaille PeterLakin.

Les injecteurs nchappent pas au vieillissement. Il en rsulte depetites dviations. Aprs 10 000 km, linjection pilote peut samoindrir,engendrant des bruits dans le moteur. Nous avons recours lAPC qui utiliseun acclromtre qui dtecte les conditions de combustion de la chambre. Lesystme envoie intervalles rguliers des signaux pour dterminer le momentet lnergie ncessaires pour ouvrir chacun des injecteurs. Lvolution des

caractristiques mcaniques est contrle tout au long de la vie du vhicule.La variance de fonctionnement de chaque injecteur est lue par le calculateurqui en tient compte pour le contrle fin de l'injection, dcrit Peter Lakin.Llectronique semble se poser comme la solution pour pallier les dfautsmcaniques.

Le systme de common rail sphrique constitue la premire gnrationmise au point par Delphi. Lquipementier a prvu pour sa deuximegnration une pression de 1600 bars, sans perte de pression. La troisimegnration sera celle du piezzo avec 1800 bars, pouvant monter jusqu 2000bars. Les prototypes sont prts, mais pas la validation. Ce type dinjecteursnapparatra pas avant 2004 chez nous.

Siemens injecte un plus dans le common rail :

En fvrier 2001 Delphi mettait fin au monopole de Bosch pour lesinjections common rail. Siemens vient son tour sur le march pour laPeugeot 307 HDI avec une technique rvolutionnaire . UN ingnieur ,


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responsable du projet nous explique la diffrence : La principale diffrenceentre l'injection PCR2 de Siemens et les autres systmes common rail est d'utiliserdes injecteurs piezolectriques la place des injecteurs lectromagntiques .

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La part de march grandissante du Diesel en Europe avec gnralisationprogressive de linjection common rail a suscit une vocation chez un grandquipementier qui navait jamais abord le Diesel.


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Christophe Perperot, ingnieur chef de projet injection Diesel chezSiemens, est sr que cet quipementier tient la bonne formule et que sasolution fera cole. *** Page N13 ***

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