L'injecteur pompe...
Posté : 18 août 2005, 19:29
----------------------------L'INJECTEUR POMPE --------------------------------------------
Le groupe VAG (Volkswagen Audi Group) utilise pour certains de ses moteurs une autre solution : l'injecteur pompe.
Pourquoi ce grand retour du Diesel ?
En matière de pollution les spécialistes sont unanimes : c'est le moteur Diesel qui possède le plus grand potentiel au niveau du rendement et de la réduction de pollution.
Cependant, l’injection sous haute pression est nécessaire afin de réduire cette pollution et la consommation des véhicules. Depuis l’apparition chez Audi de l’injection Directe, les performances et les technologies ont rapidement évoluées.
On connaissait l’injection directe à pompe rotative, le « common-rail » arrive en force et l’injecteur pompe, solution utilisée par le groupe Volkswagen, fait son apparition et se présente comme une solution très intéressante.
L’injecteur pompe
Cette technique est née du Docteur Karl Heinz Neumann, responsable de la division développement des organes mécaniques de Volkswagen, cependant, il n’est pas exclu qu’elle soit adaptée au moteur Audi.
L'injecteur pompe, présenté par VW, constitue la troisième évolution de l’injection Directe haute pression. C’est, bien entendu, avec l’aide de l'équipementier Bosch que cette solution a été développée, comme d’ailleurs la majorité des techniques « Common-rail » puisque Bosch détient quasi tout le marché de cette technique aujourd’hui.
Principe de l'injecteur pompe Bosch
Les ingénieurs motoristes de Bosch et ceux de VW, ont donc cherché à développer le système injecteur pompe dont le principe est connu puisque appliqué en poids lourds.
Cependant, le cahier des charges automobile et le mode d'utilisation sont bien différents de ceux du poids lourds et non transposable.
L'injecteur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindres.
La partie pompe est placée au dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse.
Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un très petit volume.
L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. L'élément pompe implanté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique.
Ce culbuteur agit sur un petit piston (dit "plongeur"). Lorsque qu'il descend, la haute pression est obtenue à une vitesse extrêmement rapide de par la forme particulière de sa came de commande afin de fournir la haute pression maximum désirée. Un ressort de "rappel" ramène le piston à sa position initiale.
L'alimentation du carburant de l'injecteur pompe s'effectue sans tuyauterie externe, directement au travers d'alésages usinés dans la culasse et est refoulé par une pompe mécanique basse pression montée sur la culasse.
L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre.
L'injecteur pompe, élément maître de cette nouvelle technique d'injection.
Réalisé par l’équipementier Bosch, il est fabriqué dans l'usine française de Rodez.
La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 de volume de carburant pré-injecté.
Fonctionnement
L'injection du carburant est pilotée par l'électrovanne de commande. Sa fermeture électrique provoque, dès que le piston commence sa descente, l'établissement de la pression. La pression d'ouverture de l'injecteur étant atteinte, le téton se soulève, permettant la pré injection. Pendant cette phase, le déplacement du téton est contrôlé par une butée hydraulique d'amortissement du téton qui permet le contrôle du débit pré-injecté.
Aussitôt après le piston à "déport" se déplace, provoquant une courte chute de pression permettant au téton d'injecteur de se refermer. La précontrainte du ressort d'injecteur étant plus importante en fin de déport du piston, et une fois la pression d'ouverture plus élevée atteinte, l'injection principale débute, l'électrovanne stoppant alors l'injection à l'instant voulu par sa fermeture électrique.
Le faible volume haute pression de carburant autorise une diminution rapide de pression et un arrêt brusque de l'injection.
Le système injecteur pompe impose une culasse très spécifique et même s'il est compact, il nécessite un axe de culbuteurs et pour l’instant, ne peut être compatible avec une culasse quatre soupapes par cylindre.
De plus la fourniture de la haute pression est complètement dépendante du système de distribution et ne peut donc être gérée électroniquement. Par contre la haute pression fournie est très élevée et favorise la consommation et la maîtrise des émissions à l’échappement.
Pour intégrer cette nouvelle technique d'injection le moteur 1,9 TDI a subit un nombre conséquent de modifications par rapport au moteur TDI à injection directe et pompe distributrice.
Comme expliqué plus haut, la culasse à 8 soupapes est spécifique afin d’intégrer les quatre injecteurs pompes et leur système de commande. Pour répondre aux plus fortes charges, le vilebrequin a subi un écrouissage du premier flasque pour une meilleure résistance, tandis que des bielles trapézoïdales équipent ce moteur, pour la première fois dans le groupe Volkswagen.
Ce type de bielle autorise une réduction des tensions périphériques au niveau de la cavité du piston de l'ordre de 10% et une réduction de 15% au niveau des pressions superficielles au niveau du bossage de l'axe de piston tout en permettant une diminution du poids de l'équipage mobile de 4% soit environ 50g par cylindre.
Autre modification : la courroie de distribution doit supporter des contraintes dynamiques élevées. Son matériau est optimisé et le crantage de la courroie a été redessiné. Par ailleurs, à 3000 tr/min la distribution génère des phénomènes de résonance ce qui entraîne une sensible augmentation des forces dynamiques au niveau du brin.
Ce phénomène a nécessité la mise au point d'une "masse d'équilibrage de l'arbre à cames" afin de réduire ces résonances donc ces forces, voire même les éliminer.
Un tendeur hydraulique de courroie crantée du brin non sollicité a également été ajouté.
Le moteur 1,9 TDI à injecteur pompe développe une puissance de 115 ch. contre 110 ch. pour le moteur à pompe distributrice, mais c'est surtout au niveau du couple moteur que les valeurs sont nettement améliorées puisqu'il atteint 28,5 daNm à 1900 tr/min contre 24 daNm à 1900 tr/min pour le moteur 110 ch. soit une augmentation de 21,3 %. Ce gain de couple se traduit évidemment sur les performances en reprise, et par exemple, la Passat berline équipée du nouveau moteur gagne 2,5 secondes en reprise de 80 à 120 km/h en 4ème et 5ème par rapport à la Passat 110 ch. Les temps sont respectivement de 8,5 s et 10,5 s (nouveau moteur) contre 10,5 s et 13,0 s (ancien moteur).
A la pointe de la technique Diesel pour voitures particulières, le groupe Volkswagen ne s'en laisse pas compter et entend bien rester en tête de la technologie et de la performance en ouvrant cette autre voie dans le domaine de l'injection directe.
PROPOS RECUEILLIS SUR INTERNET
Le groupe VAG (Volkswagen Audi Group) utilise pour certains de ses moteurs une autre solution : l'injecteur pompe.
Pourquoi ce grand retour du Diesel ?
En matière de pollution les spécialistes sont unanimes : c'est le moteur Diesel qui possède le plus grand potentiel au niveau du rendement et de la réduction de pollution.
Cependant, l’injection sous haute pression est nécessaire afin de réduire cette pollution et la consommation des véhicules. Depuis l’apparition chez Audi de l’injection Directe, les performances et les technologies ont rapidement évoluées.
On connaissait l’injection directe à pompe rotative, le « common-rail » arrive en force et l’injecteur pompe, solution utilisée par le groupe Volkswagen, fait son apparition et se présente comme une solution très intéressante.
L’injecteur pompe
Cette technique est née du Docteur Karl Heinz Neumann, responsable de la division développement des organes mécaniques de Volkswagen, cependant, il n’est pas exclu qu’elle soit adaptée au moteur Audi.
L'injecteur pompe, présenté par VW, constitue la troisième évolution de l’injection Directe haute pression. C’est, bien entendu, avec l’aide de l'équipementier Bosch que cette solution a été développée, comme d’ailleurs la majorité des techniques « Common-rail » puisque Bosch détient quasi tout le marché de cette technique aujourd’hui.
Principe de l'injecteur pompe Bosch
Les ingénieurs motoristes de Bosch et ceux de VW, ont donc cherché à développer le système injecteur pompe dont le principe est connu puisque appliqué en poids lourds.
Cependant, le cahier des charges automobile et le mode d'utilisation sont bien différents de ceux du poids lourds et non transposable.
L'injecteur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindres.
La partie pompe est placée au dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse.
Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un très petit volume.
L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. L'élément pompe implanté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique.
Ce culbuteur agit sur un petit piston (dit "plongeur"). Lorsque qu'il descend, la haute pression est obtenue à une vitesse extrêmement rapide de par la forme particulière de sa came de commande afin de fournir la haute pression maximum désirée. Un ressort de "rappel" ramène le piston à sa position initiale.
L'alimentation du carburant de l'injecteur pompe s'effectue sans tuyauterie externe, directement au travers d'alésages usinés dans la culasse et est refoulé par une pompe mécanique basse pression montée sur la culasse.
L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre.
L'injecteur pompe, élément maître de cette nouvelle technique d'injection.
Réalisé par l’équipementier Bosch, il est fabriqué dans l'usine française de Rodez.
La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 de volume de carburant pré-injecté.
Fonctionnement
L'injection du carburant est pilotée par l'électrovanne de commande. Sa fermeture électrique provoque, dès que le piston commence sa descente, l'établissement de la pression. La pression d'ouverture de l'injecteur étant atteinte, le téton se soulève, permettant la pré injection. Pendant cette phase, le déplacement du téton est contrôlé par une butée hydraulique d'amortissement du téton qui permet le contrôle du débit pré-injecté.
Aussitôt après le piston à "déport" se déplace, provoquant une courte chute de pression permettant au téton d'injecteur de se refermer. La précontrainte du ressort d'injecteur étant plus importante en fin de déport du piston, et une fois la pression d'ouverture plus élevée atteinte, l'injection principale débute, l'électrovanne stoppant alors l'injection à l'instant voulu par sa fermeture électrique.
Le faible volume haute pression de carburant autorise une diminution rapide de pression et un arrêt brusque de l'injection.
Le système injecteur pompe impose une culasse très spécifique et même s'il est compact, il nécessite un axe de culbuteurs et pour l’instant, ne peut être compatible avec une culasse quatre soupapes par cylindre.
De plus la fourniture de la haute pression est complètement dépendante du système de distribution et ne peut donc être gérée électroniquement. Par contre la haute pression fournie est très élevée et favorise la consommation et la maîtrise des émissions à l’échappement.
Pour intégrer cette nouvelle technique d'injection le moteur 1,9 TDI a subit un nombre conséquent de modifications par rapport au moteur TDI à injection directe et pompe distributrice.
Comme expliqué plus haut, la culasse à 8 soupapes est spécifique afin d’intégrer les quatre injecteurs pompes et leur système de commande. Pour répondre aux plus fortes charges, le vilebrequin a subi un écrouissage du premier flasque pour une meilleure résistance, tandis que des bielles trapézoïdales équipent ce moteur, pour la première fois dans le groupe Volkswagen.
Ce type de bielle autorise une réduction des tensions périphériques au niveau de la cavité du piston de l'ordre de 10% et une réduction de 15% au niveau des pressions superficielles au niveau du bossage de l'axe de piston tout en permettant une diminution du poids de l'équipage mobile de 4% soit environ 50g par cylindre.
Autre modification : la courroie de distribution doit supporter des contraintes dynamiques élevées. Son matériau est optimisé et le crantage de la courroie a été redessiné. Par ailleurs, à 3000 tr/min la distribution génère des phénomènes de résonance ce qui entraîne une sensible augmentation des forces dynamiques au niveau du brin.
Ce phénomène a nécessité la mise au point d'une "masse d'équilibrage de l'arbre à cames" afin de réduire ces résonances donc ces forces, voire même les éliminer.
Un tendeur hydraulique de courroie crantée du brin non sollicité a également été ajouté.
Le moteur 1,9 TDI à injecteur pompe développe une puissance de 115 ch. contre 110 ch. pour le moteur à pompe distributrice, mais c'est surtout au niveau du couple moteur que les valeurs sont nettement améliorées puisqu'il atteint 28,5 daNm à 1900 tr/min contre 24 daNm à 1900 tr/min pour le moteur 110 ch. soit une augmentation de 21,3 %. Ce gain de couple se traduit évidemment sur les performances en reprise, et par exemple, la Passat berline équipée du nouveau moteur gagne 2,5 secondes en reprise de 80 à 120 km/h en 4ème et 5ème par rapport à la Passat 110 ch. Les temps sont respectivement de 8,5 s et 10,5 s (nouveau moteur) contre 10,5 s et 13,0 s (ancien moteur).
A la pointe de la technique Diesel pour voitures particulières, le groupe Volkswagen ne s'en laisse pas compter et entend bien rester en tête de la technologie et de la performance en ouvrant cette autre voie dans le domaine de l'injection directe.
PROPOS RECUEILLIS SUR INTERNET
SAMLAURE pour toutes ces précisions sur le principe de l'injecteur pompe, j'apprécie bcp, dommage qu'on est pas des schema ou video de principe.
