Injection directe à haute pression

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 1 400 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 1 900 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.

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'Ecole Polytechnique de Zurich à partir des années 30 mais il n'a jamais été essayé sur des moteurs de petite cylindrée à installer sur des véhicules automobiles avant la révolution de la mise au point effectuée par les ingénieurs Fiat en 1996. Une pompe, indépendamment du régime de rotation du moteur, injecte du gasoil à l'intérieur d'un conduit, le common rail ou collecteur commun, et génère une pression à l'intérieur de ce conduit 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 avait présenté en 1986, la première voiture au monde équipée d'un moteur diesel avec une injection directe, la Fiat Croma TD i.d.

C'est en octobre 1996 que fut présentée la première voiture au monde équipée du fameux système common rail, l'Alfa Romeo 156 JTD.

Les moteurs Common rail de type MultiJet de 3ème 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.

Pratiquement tous les moteurs modernes utilisent la technologie Common rail, à la seule exception des anciens moteurs du groupe VAG : Volkswagen, Audi, Seat, Škoda, appelés TDI, qui sont encore fidèles au système Injecteur-pompe, ou PDE, où chaque injecteur est équipé d'une pompe.

Description

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

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

• d'un injecteur par cylindre, jouant le rôle de valves pilotées électrohydrauliquement,
• d'une pompe à carburant basse pression entraînée par le moteur, qui aspire le carburant dans le réservoir pour l'amener au système d'injection,
• d'une pompe haute pression, elle aussi entraînée par le moteur, qui alimente la rampe commune en carburant,
• d'un accumulateur hydraulique, appelé rampe commune, qui constitue une réserve de carburant sous haute pression pour les injecteurs,
• d'une électrovanne située entre la pompe à carburant et la pompe haute pression, qui contrôle le débit de carburant,
• d'un limiteur de pression à tarage mécanique ou piloté, qui contrôle la pression dans la rampe commune,
• d'un capteur de pression dans la rampe commune,
• d'un capteur de température carburant,
• d'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.

Dans la pratique, c'est le calculateur de contrôle moteur qui joue le rôle de calculateur d'injection, et utilise à ce titre l'ensemble des informations issues des capteurs du contrôle moteur : position de la pédale d'accélération, pression dans le collecteur d'admission, température et débit de l'air à l'admission, régime moteur et position angulaire de l'arbre à came, ainsi qu'éventuellement l'accélération mesurée sur le bloc cylindre.

Voir aussi

• Injection directe

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