Common rail

Common rail
Vue de la rampe d'injection à haute pression d'un moteur de camion Volvo D7E.
Injecteur Bosh common rail.

Le système common rail ou injection directe à rampe commune ou injection directe à haute pression est une version moderne du moteur Diesel à injection directe. Sa caractéristique réside dans la présence d'un unique conduit à haute pression, entre 300 et 1700 bars à pleine charge, pour l'alimentation du combustible dans les cylindres. Dans les moteurs précédents à injection directe, une pompe à basse pression alimentait les injecteurs ou des conduits à haute pression jusqu'aux soupapes contrôlées par un arbre à cames. La troisième génération de moteurs diesel common rail utilise des injecteurs piézoélectriques qui permettent de contrôler très précisément la quantité de carburant et une pression qui peut aller jusqu'à 2000 bars, voire au-delà.

Les soupapes solénoïdes ou piézoélectriques permettent un contrôle électronique de la durée de l'injection ainsi que la quantité exacte de combustible à utiliser. De plus, la haute pression permet une meilleure répartition du nuage de combustible. Pour réduire le bruit de fonctionnement du moteur, une infime quantité de combustible est injectée avant l'injection principale. Cette solution appelée pré-injection, permet au carburant de commencer à brûler en un point particulier de la chambre de combustion, à la différence des moteurs diesel traditionnels dans lesquels on avait plusieurs points d'allumage non maîtrisés. De ce fait, les moteurs équipés du système common rail sont plus silencieux et ne connaissent plus de pics de pression en obtenant une combustion beaucoup plus régulière, et permettent une nette diminution des émissions de gaz non brûlés et de la consommation d'environ 15% avec une hausse des prestations de 12%. Le système de pré-injection donne au common rail un aspect beaucoup plus semblable aux moteurs à allumage commandé, comme les traditionnels moteurs à essence.

Les moteurs les plus sophistiqués peuvent effectuer jusqu'à cinq injections par cycle, ils sont appelés Multijet, ainsi nommés par leur inventeur Fiat et Magneti-Marelli.

L'ingénieur italien Alessandro Tripodi, du groupement Fiat/Magneti-Marelli, est l'inventeur du système common-rail. L'Alfa Romeo 156 est la première voiture au monde à être équipée de ce système révolutionnaire. Mercedes Benz sera le premier constructeur étranger à pouvoir utiliser le common rail, en 1997.

Sommaire

Histoire du common rail

Des moteurs avec un principe antérieur au common rail ont été utilisés, dans le passé, dans les moteurs marins et ferroviaires, sur certaines locomotives. Le moteur Cooper-Bessemer GN-8 de 1942, est l'exemple type du moteur diesel common rail hydraulique le plus connu.

Le principe du moteur Common rail à injection directe a été développé par des chercheurs de l'École polytechnique de Zurich à partir des années 1930, mais il n'avait jamais été essayé sur des moteurs de petite cylindrée. Les ingénieurs de Fiat ont mis au point le common rail pour moteurs automobiles en 1996. Une pompe, indépendamment du régime de rotation du moteur, injecte du gasoil sous forte pression à l'intérieur d'un conduit, le common rail ou collecteur, qui devient un accumulateur hydraulique c'est-à-dire un réservoir de carburant sous pression prêt à être injecté dans les cylindres du moteur.

Le développement du common rail moderne a débuté en 1981 dans le centre de recherche de Renault VI en coopération avec Renault SA, le premier véhicule de série équipé d'un common rail est le R340 de Renault VI (en 1991)

La pré-industrialisation du système Common rail a débuté en 1990 dans les laboratoires communs de recherche et développement des sociétés Magneti-Marelli, Centro Ricerche Fiat et Elasis. Profitant des recherches et expériences précédentes du Groupe Fiat, une licence a été cédée au mois d'avril 1994 à la société allemande Robert Bosch GmbH pour sa fabrication et sa commercialisation à grande échelle.

Le groupe Fiat a présenté en octobre 1996, la première voiture équipée d'un moteur diesel avec une injection directe, la Fiat Croma TD i.d.

Les moteurs Common rail de type MultiJet de 3e génération équipent actuellement de nombreux modèles du groupe Fiat comme, par exemple, les Fiat Panda et Fiat Punto, les Alfa Romeo 147, Alfa Romeo 159, Lancia Ypsilon, Musa et Thesis, et bien d'autres.

Volkswagen, Audi, Seat, Škoda, appelés TDI, qui étaient encore fidèles au système Injecteur-pompe, ou PDE, où chaque injecteur est équipé d'une pompe viennent aussi d'adopter la technologie Common rail.

Description

Schéma d'un système d'injection directe diesel à rampe commune.

Un système d'injection directe diesel à rampe commune est composé :

  • d'une pompe à carburant basse pression dit de gavage indépendante du moteur alimentée en 12V, qui aspire le carburant dans le réservoir pour l'amener au système d'injection,
  • d'une électrovanne située entre la pompe à carburant et la pompe haute pression, qui contrôle le débit de carburant,
  • d'une pompe haute pression, celle-ci entraînée par le moteur, qui alimente la rampe commune en carburant,
  • d'un limiteur de pression à tarage mécanique ou piloté, qui contrôle la pression dans la rampe commune,
  • d'un accumulateur hydraulique, appelé rampe commune, qui constitue une réserve de carburant sous haute pression pour les injecteurs,
  • d'un injecteur par cylindre, jouant le rôle de valves pilotées électrohydrauliquement,

Cet ensemble est contrôlé par :

  • un capteur de pression dans la rampe commune,
  • un capteur de température carburant,
  • un calculateur électronique d'injection (communément appelé ECU pour Electronic Control Unit en anglais) pilotant les actionneurs : les injecteurs, l'électrovanne de contrôle du débit et éventuellement le tarage du limiteur de pression, à partir des informations mesurées par les capteurs.

Le calculateur d'injection utilise les informations issues des capteurs du moteur :

  • position de la pédale d'accélération,
  • pression d'air dans le collecteur d'admission,
  • température et débit de l'air à l'admission,
  • température d'eau dans la culasse,
  • régime moteur et position angulaire de l'arbre à came,
  • ainsi qu'éventuellement l'accélération mesurée sur le bloc cylindre.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes


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