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Injection mécanique diesel



par François Dovat

Pour assurer une combustion optimale, une quantité déterminée de combustible doit être injectée dans le cylindre à une pression très élevée et pendant un délai extrêmement court. La puissance du moteur est réglée uniquement par le volume de carburant injecté. Il faut théoriquement environ 10000 l d'air pour brûler un litre de gazole, soit 14,45 kg d'air pour un kilo de carburant. Mais en raison de l'impossibilité pratique de pulvériser le carburant suffisamment finement, la combustion diesel nécessite un excès d'air par rapport à cette valeur théorique. Cet excès d'air diminue avec la charge puisque le volume d'air admis n'est pas limité par un papillon d'admission et reste constant quelle que soit la charge.

- La pompe d'alimentation (1) aspire le carburant à partir du réservoir (8) et l'envoie par l'intermédiaire du filtre à gazole (2) dans la chambre d'aspiration de la pompe d'injection (3). Le filtre retient les impuretés éventuellement en suspension dans le combustible qui, sinon, endommageraient les injecteurs et les éléments de la pompe d'injection.

- La pompe d'injection produit la pression indispensable pour l'injection et fournit aux injecteurs le volume exact de carburant nécessaire en temps voulu.

- Le régulateur (4) règle le régime de ralenti et celui dit de régulation (régime maximum), le variateur d'avance (5) réglant le début de l'injection.

- Le combustible en trop issu des injecteurs (6) et du filtre retourne dans le réservoir par l'intermédiaire des canalisations de retour. (7).

Plus la pression d'injection est élevée et plus le diamètre des orifices de l'injecteur est faible, plus la diffusion du combustible est fine. Le combustible est injecté sous forme de brouillard dans les différentes directions afin qu'il se mélange le plus intimement possible avec l'air. Si trop de carburant est injecté par cycle, il y a production de fumée noire et la consommation spécifique augmente. Dans le cas inverse, la puissance est réduite.

Il existe un moment optimal pour le début de la combustion et la durée d'injection doit être la plus courte possible. Ce moment doit être synchronisé avec le mouvement du piston. Les tuyaux de refoulement menant de la pompe d'injection vers les injecteurs ont la même longueur sur tous les cylindres afin que le combustible sous pression puisse se répandre partout de façon uniforme.

Un tarage exact permet l'injection de la même quantité de combustible dans tous les cylindres.

POMPE A DISTRIBUTEUR

La pompe d'alimentation à palettes aspire le combustible et l'amène à l'intérieur de la pompe.

Le mouvement du piston, à la fois alternatif et rotatif, crée la pression d'injection, refoule et distribue le combustible.

Le régulateur centrifuge régule le régime maximum et fait varier le débit à l'intérieur de la plage de réglage par l'intermédiaire du dispositif de régulation.

Le solénoïde d'arrêt électromagnétique coupe l'alimentation en gasoil.

Le déplacement angulaire de la couronne à galets du variateur d'avance règle le début d'injection en fonction du régime.

POMPE EN LIGNE

Les pompes d'injection en ligne disposent d'un élément pour chacun des cylindres.


Le régulateur gouverne le régime maximum et maintient un ralenti minimum.

1) Support de clapet de refoulement

2) Entretoise

3) Ressort de clapet de refoulement

4) Cylindre de pompe

5) Clapet de refoulement

6) Alésage d'admission et de dosage

7) Arête de commande

8) Piston de pompe

9) Blague de régulation

10) Jupe de piston

11) Ressort de piston

12) Coupelle de ressort

13) Poussoir à galet

14) Came

15) Crémaillère de régulation

PISTON DE POMPE

Le piston (4) et le cylindre de pompe (3) forment un élément de pompe.

L'alésage d'arrivée de combustible (1) ainsi que l'alésage de commande pour l'arrivée et le retour (5) se trouvent dans le cylindre.

Les pistons comportent une cannelure longitudinale (2) et l'arête de commande (6).

Du combustible peut entrer dans le cylindre lorsque le piston est en bas (1)

Dès que le piston monte, il y a obturation de l'alésage d'arrivée (2)

Le piston qui se lève comprime le combustible admis vers le haut dans la conduite d'injection par l'intermédiaire du clapet de refoulement (3) - (4)

Dès que l'arête de commande passe sur l'alésage de retour (5), le combustible restant dans le cylindre passe dans la conduite de retour. La pression du cylindre tombe alors et le clapet de refoulement se referme. L'alimentation de l'injection est terminée (6).

ARETE DE COMMANDE

La position de l'arête de commande peut être modifiée par l'intermédiaire de la crémaillère de régulation.

En cas de plein débit, l'arête de commande obture le retour jusqu'à ce que la quantité maxi de combustible ait été débitée. La course utile correspond dans ce cas au débit maxi de combustible (a)

En cas de débit partiel, l'arête de commande libère le retour à la suite de la levée partielle (b)

En cas de débit nul, le combustible retourne directement à chaque course par la cannelure longitudinale (c)

INJECTION DIRECTE

Les injecteurs injectent directement le combustible dans la chambre de combustion qui est en une seule partie.

La pulvérisation et la formation du mélange dépendent en majeure partie de la direction du jet de combustible, de la configuration de la buse de l'injecteur et de la pression d'injection.

La répartition du combustible est assistée par une turbulence de l'air que l'on obtient d'une part en faisant appel à des conduits d'aspiration qui induisent un mouvement hélicoïdal de l'air admis, et d'autre part a un coincement (squish) de l'air entre une partie de la tête du piston et le fond de la chambre de combustion. Des injecteurs à orifices multiples sont utilisés et la pression d'injection est extrêmement élevée afin d'assurer une pulvérisation aussi fine que possible.

Aujourd'hui, la préinjection pilote, en réduisant le volume de carburant injecté pendant le délai d'inflammation, a permis de rendre le fonctionnement de ces moteurs plus doux et moins bruyants.

INJECTION INDIRECTE

Dans les moteurs à chambre de turbulence (injection indirecte), la chambre de combustion est divisée en deux parties dont l'une est située dans la tête de piston et l'autre est constituée par une chambre approximativement sphérique située dans la culasse et où le carburant est injecté. Un canal débouche tangentiellement dans la chambre de turbulence de façon à induire un mouvement circulaire de l'air pendant l'injection. Un type d'injecteurs à orifice unique est utilisé et la pression d'injection est relativement modérée.

Du fait que le début de la combustion à lieu dans la chambre de turbulence et que celle-ci est reliée à la chambre principale par un étroit canal, le gradient d'augmentation de pression dans le cylindre est contenu et le fonctionnement moins brutal et bruyant. Par contre, la rapport surface / volume de la chambre de combustion est défavorable, conduisant à des pertes thermiques plus élevées. La consommation spécifique est donc plus forte que dans le cas d'un moteur à injection directe.

Ce système, nommé également "Ricardo Comet V" d'après le nom de son inventeur, le grand Harry Ricardo, est en cours d'abandon.

Mercedes et Caterpillar ont longtemps utilisé un système quelque peu différent nommé "à préchambre".

Dans les deux cas, les fortes pertes thermiques rendent nécessaire l'utilisation de bougies de préchauffage de la chambre de turbulence ou de la préchambre lors des lancements à froid.

Chambre de turbulence Ricardo Comet V (Renault)

1. Chambre

2. Injecteur

3. Bougie de préchauffage

Préchambre Mercedes-Benz

(© François Dovat)
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Sommaire

Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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