Systèmes d’injection diesel

L'injection est un dispositif d'alimentation des moteurs à combustion, permettant d'acheminer le carburant dans la chambre de combustion directement ou un peu en amont. Préférée au carburateurafin d'améliorer le rendement moteur, l'injection fut à l'origine exclusivement mécanique, puis améliorée par l'électronique en utilisant un calculateur électronique.

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Dans les moteurs Diesel, la qualité de la combustion dépendra de la pulvérisation du carburant et de l'homogénéité du mélange. Les moteurs devront être équipés de systèmes d'injection capables de réaliser le mélange air carburant ensemble et sous des pressions élevées. le moteur diesel fonctionne en effet par auto-allumage : l'allumage du mélange se fait spontanément en raison de la température élevée de l'air et des rapports volumétriques très élevés (de 16:1 à 22:1)¹².

Le diagramme de Clapeyron d'un cycle théorique thermodynamique du moteur diesel prévoit une combustion à pression constante, assurée par le fait que le combustible est injecté progressivement et brûle au fur et à mesure de son introduction dans la chambre de combustion. Dans la réalité cependant, la combustion ne peut s'effectuer à pression constante, en raison du délai d'inflammation^{N 3}. Le carburant s'accumule lors de son injection augmentant la pression. On peut le réduire en donnant au jet une forte capacité de pénétration et en augmentant la turbulence¹³.

Un jet puissant permet aux gouttelettes traversant l'air d'atteindre des températures suffisantes pour que l'évaporation se réalise et la turbulence évite que les gaz brûlés séjournent à proximité de l'injecteur, empêchant le mélange de l'oxygène et le carburant.

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Dans les moteurs Diesel, la qualité de la combustion dépendra de la pulvérisation du carburant et de l'homogénéité du mélange. Les moteurs devront être équipés de systèmes d'injection capables de réaliser le mélange air carburant ensemble et sous des pressions élevées. le moteur diesel fonctionne en effet par auto-allumage : l'allumage du mélange se fait spontanément en raison de la température élevée de l'air et des rapports volumétriques très élevés (de 16:1 à 22:1).

Le diagramme de Clapeyron d'un cycle théorique thermodynamique du moteur diesel prévoit une combustion à pression constante, assurée par le fait que le combustible est injecté progressivement et brûle au fur et à mesure de son introduction dans la chambre de combustion. Dans la réalité cependant, la combustion ne peut s'effectuer à pression constante, en raison du délai d'inflammation. (Le combustible s'allume avec retard.) Le carburant s'accumule lors de son injection augmentant la pression. On peut le réduire en donnant au jet une forte capacité de pénétration et en augmentant la turbulence. Un jet puissant permet aux gouttelettes traversant l'air d'atteindre des températures suffisantes pour que l'évaporation se réalise et la turbulence évite que les gaz brûlés séjournent à proximité de l'injecteur, empêchant le mélange de l'oxygène et le carburant.

Systèmes d’injection diesel

Systèmes d’injection diesel

Injecteurs Common Rail : aussi propres que rapides

Common Rail diesel : En 2012, au moins 4 voitures diesel neuves sur 5 circulant à travers le monde étaient équipées d’un système Common Rail. Bosch est le leader mondial de cette technologie, avec plus de 8 millions de systèmes livrés en 2012. Et les prévisions tablent sur plus de 12 millions d’unités à l’horizon 2015, soit une hausse de 50 %.

Injecteurs piézo – des précurseurs affichant des pressions de pointe : Le système Common Rail CRS3-25 constitue le premier injecteur piézo Bosch pour véhicules particuliers à fonctionner à une pression de 2500 bars. Affichant une pression d’injection accrue, les nouveaux modèles piézo Bosch sont à la pointe de la technologie. Grâce à l’optimisation de l’injection, le carburant bénéficie d’une pulvérisation encore plus fine, ce qui améliore sa combustion. De plus, ces injecteurs piézo perfectionnés permettent une injection multiple comportant jusqu’à 10 cycles. C’est déterminant pour respecter les futurs seuils d’émissions, ou pour accroître encore la puissance des moteurs.

Injecteurs à électrovanne : Parallèlement aux systèmes piézo, les injecteurs à électrovanne bénéficient également de constantes optimisations. Exemple : le nouveau CRI2-20 Bosch atteignant une pression d’injection de 2000 bars. Tous les injecteurs à électrovanne Bosch présentent une structure modulaire, ce qui permet aux constructeurs automobiles d’utiliser différentes générations de modèles au sein d’un même moteur de base.

Perfectionnements continus : De nouvelles hausses de pression sont également possibles pour les injecteurs à électrovanne, grâce à l’utilisation de vannes compensées en pression : dans cette technologie, un accumulateur haute pression intégré dans l’injecteur empêche les pulsations de pression dans le système. Le carburant peut ainsi faire l’objet d’une injection encore plus ciblée, ce qui réduit à la fois les émissions et le niveau sonore du système. A l’instar des injecteurs piézo, les injecteurs à électrovanne permettent une injection multiple. Cela contribue à une nouvelle réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2, ainsi que des rejets polluants et du niveau sonore du moteur.

Présentation du contexte : principe piézo et normes d’émissions

Principe de fonctionnement des injecteurs piézo : L’effet piézoélectrique permet de transformer la force de déformation mécanique en signaux électriques et inversement. Quand on applique une tension électrique à une céramique piézoélectrique, elle modifie sa longueur en un éclair. Cette modification de longueur peut être utilisée pour produire des forces mécaniques. Un injecteur piézo utilise cet effet pour actionner le mécanisme d’ouverture et de fermeture de l’injecteur. Le développement en série du principe piézo a valu à Bosch et à Siemens VDO le Prix allemand de l’Avenir en 2005.

Principales dates : Les systèmes Common Rail font leur apparition de série sur des véhicules particuliers en 1997, dans un premier temps sur la Mercedes-Benz C 220 CDI et l’Alfa Romeo 156 JTD. La pression d’injection atteint alors 1350 bars. La technologie diesel remporte également d’importants succès dans le sport automobile. Depuis 2006, seuls des véhicules diesel ont remporté les 24 Heures du Mans, et tous arboraient la technique d’injection Bosch développée tout spécialement pour le sport automobile.

Législation sur les émissions : Les systèmes d’injection Bosch contribuent à ce qu’à travers le monde, les véhicules diesel respectent les normes d’émissions, tant actuelles que futures. Grâce à une nouvelle hausse de la pression et à une nouvelle amélioration de l’injection, les constructeurs automobiles pourront parfaitement synchroniser le fonctionnement du moteur et le post-traitement des gaz d’échappement.

Qualité des carburants : Les différences de qualité entre les carburants à travers le monde constituent un défi pour chaque système d’injection. Il arrive par exemple que le pouvoir lubrifiant du gasoil varie considérablement d’une région à l’autre. C’est pourquoi les injecteurs Common Rail Bosch sont conçus de manière à pouvoir être utilisés dans le monde entier.