Rail commun - Common rail

Injecteur de carburant diesel tel qu'installé dans un moteur diesel MAN V8

L'injection directe de carburant à rampe commune est un système d' injection directe de carburant construit autour d' électrovannes d' alimentation de rampe d' injection à haute pression (plus de 2 000  bars ou 200  MPa ou 29 000  psi ) , par opposition à une unité d' alimentation de pompe à carburant à basse pression (ou injecteurs de pompe). ). L'injection à haute pression offre des avantages en termes de puissance et de consommation de carburant par rapport à l'injection de carburant à basse pression antérieure, en injectant le carburant sous la forme d'un plus grand nombre de gouttelettes plus petites, ce qui donne un rapport surface/volume beaucoup plus élevé. Cela permet une vaporisation améliorée à partir de la surface des gouttelettes de carburant, et donc une combinaison plus efficace de l'oxygène atmosphérique avec du carburant vaporisé offrant une combustion plus complète.

L'injection à rampe commune est largement utilisée dans les moteurs diesel . C'est également la base des systèmes d' injection directe d'essence utilisés sur les moteurs à essence .

Histoire

Système de carburant à rampe commune sur un moteur de camion Volvo

Vickers a été le pionnier de l'utilisation de l'injection à rampe commune dans les moteurs de sous-marins. Les moteurs de Vickers avec le système commun de carburant ferroviaire ont d' abord été utilisés en 1916 dans les sous - marins de la classe G . Il utilisait quatre pompes à piston pour fournir une pression allant jusqu'à 3 000 livres par pouce carré (210 bars; 21 MPa) tous les 90 ° de rotation pour maintenir la pression de carburant suffisamment constante dans le rail. L'alimentation en carburant des cylindres individuels pourrait être fermée par des vannes dans les conduites d'injection. Doxford Engines a utilisé un système à rampe commune dans ses moteurs marins à pistons opposés de 1921 à 1980, où une pompe à carburant alternative multicylindre générait une pression d'environ 600 bars (60 MPa ; 8 700 psi), le carburant étant stocké dans des bouteilles d'accumulateur. Le contrôle de la pression a été réalisé par une course de refoulement de la pompe réglable et une "vanne de déversement". Des soupapes de distribution mécaniques actionnées par arbre à cames ont été utilisées pour alimenter les injecteurs à ressort Brice/CAV/Lucas, qui ont injecté par le côté du cylindre dans la chambre formée entre les pistons. Les premiers moteurs avaient une paire de cames de distribution, une pour la marche avant et une pour l'arrière. Les moteurs ultérieurs avaient deux injecteurs par cylindre et la dernière série de moteurs turbocompressés à pression constante était équipée de quatre injecteurs par cylindre. Ce système a été utilisé pour l'injection à la fois de gasoil et de fioul lourd (600cSt chauffé à une température proche de 130°C).

Les moteurs à rampe commune sont utilisés dans les applications marines et de locomotives depuis un certain temps. Le Cooper-Bessemer GN-8 ( vers 1942) est un exemple de moteur diesel à rampe commune à commande hydraulique, également connu sous le nom de rampe commune modifiée.

Le prototype du système à rampe commune pour les moteurs automobiles a été développé à la fin des années 1960 par Robert Huber de la Suisse, et la technologie a été développée par le Dr Marco Ganser à l' Institut fédéral suisse de technologie à Zurich, plus tard de Ganser-Hydromag AG (est. 1995) à Oberägeri.

La première utilisation réussie dans un véhicule de production a commencé au Japon au milieu des années 1990. Le Dr Shohei Itoh et Masahiko Miyaki de Denso Corporation , un fabricant japonais de pièces automobiles, ont développé le système de carburant à rampe commune pour les véhicules lourds et l'ont transformé en une utilisation pratique sur leur système à rampe commune ECD-U2 monté sur le camion Hino Ranger. et vendu pour un usage général en 1995. Denso revendique le premier système commercial à rampe commune haute pression en 1995.

Les systèmes à rampe commune modernes, bien que fonctionnant sur le même principe, sont régis par une unité de commande du moteur , qui ouvre chaque injecteur électriquement plutôt que mécaniquement. Cela a été largement prototypé dans les années 1990 avec une collaboration entre Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat et Elasis. Après la recherche et le développement par le groupe Fiat , la conception a été acquise par la société allemande Robert Bosch GmbH pour l'achèvement du développement et du raffinement pour la production en série. Avec le recul, la vente est apparue comme une erreur stratégique pour Fiat, car la nouvelle technologie s'est avérée très rentable. L'entreprise n'avait pas d'autre choix que de vendre une licence à Bosch, car elle était dans une mauvaise situation financière à l'époque et manquait de ressources pour mener à bien son développement. En 1997, ils ont étendu son utilisation pour les voitures particulières. La première voiture de tourisme à utiliser le système à rampe commune était le modèle 1997 Alfa Romeo 156 avec un moteur JTD de 2,4 L , et plus tard la même année, Mercedes-Benz l'a introduit dans son modèle W202 .

Applications

Le système à rampe commune convient à tous les types de voitures de route à moteur diesel, allant des voitures de ville (telles que la Fiat Panda ) aux voitures de fonction (telles que l' Audi A8 ). Les principaux fournisseurs de systèmes à rampe commune modernes sont Robert Bosch GmbH, Delphi , Denso et Siemens VDO (maintenant détenue par Continental AG ).

Acronymes et image de marque utilisés

Injecteur de carburant diesel à rampe commune Bosch à partir d'un moteur de camion Volvo

Les constructeurs automobiles désignent leurs moteurs à rampe commune par leurs propres noms de marque :

Des principes

Schéma du système à rampe commune

Les électrovannes ou les électrovannes permettent un contrôle électronique précis du temps et de la quantité d'injection de carburant, et la pression plus élevée offerte par la technologie à rampe commune permet une meilleure atomisation du carburant . Pour réduire le bruit du moteur, l'unité de contrôle électronique du moteur peut injecter une petite quantité de diesel juste avant l'événement d'injection principal (injection "pilote"), réduisant ainsi son explosivité et ses vibrations, tout en optimisant le calage et la quantité d'injection pour les variations de la qualité du carburant. , démarrage à froid, etc. Certains systèmes de carburant à rampe commune avancés effectuent jusqu'à cinq injections par course.

Les moteurs à rampe commune nécessitent un temps de chauffage très court, voire nul, selon la température ambiante, et produisent moins de bruit et d'émissions que les systèmes plus anciens.

Les moteurs diesel ont historiquement utilisé diverses formes d'injection de carburant. Deux types courants comprennent le système d' injection unitaire et les systèmes de distribution/pompe en ligne . Bien que ces systèmes plus anciens fournissent un contrôle précis de la quantité de carburant et du calage de l'injection, ils sont limités par plusieurs facteurs :

  • Ils sont entraînés par came et la pression d'injection est proportionnelle à la vitesse du moteur. Cela signifie généralement que la pression d'injection la plus élevée ne peut être atteinte qu'au régime moteur le plus élevé et que la pression d'injection maximale pouvant être atteinte diminue à mesure que le régime moteur diminue. Cette relation est vraie avec toutes les pompes, même celles utilisées sur les systèmes à rampe commune. Avec les systèmes unitaires ou distributeurs, la pression d'injection est liée à la pression instantanée d'un seul événement de pompage sans accumulateur, la relation est donc plus importante et gênante.
  • Ils sont limités dans le nombre et la synchronisation des événements d'injection qui peuvent être commandés au cours d'un seul événement de combustion. Bien que plusieurs événements d'injection soient possibles avec ces systèmes plus anciens, il est beaucoup plus difficile et coûteux à réaliser.
  • Pour le système distributeur/en ligne typique, le début de l'injection se produit à une pression prédéterminée (souvent appelée pression de pop) et se termine à une pression prédéterminée. Cette caractéristique résulte des injecteurs "muets" dans la culasse qui s'ouvrent et se ferment à des pressions déterminées par la précharge du ressort appliquée au piston dans l'injecteur. Une fois que la pression dans l'injecteur atteint un niveau prédéterminé, le piston se soulève et l'injection commence.

Dans les systèmes à rampe commune, une pompe haute pression stocke un réservoir de carburant à haute pression - jusqu'à et au-dessus de 2 000 bars (200 MPa ; 29 000 psi). Le terme « rampe commune » fait référence au fait que tous les injecteurs de carburant sont alimentés par une rampe d'injection commune qui n'est rien de plus qu'un accumulateur de pression où le carburant est stocké à haute pression. Cet accumulateur alimente plusieurs injecteurs de carburant en carburant haute pression. Cela simplifie le but de la pompe haute pression en ce sens qu'elle n'a besoin de maintenir qu'une pression cible (à commande mécanique ou électronique). Les injecteurs de carburant sont généralement contrôlés par l' unité de commande du moteur (ECU). Lorsque les injecteurs de carburant sont activés électriquement, une vanne hydraulique (constituée d'une buse et d'un piston) est ouverte mécaniquement ou hydrauliquement et le carburant est pulvérisé dans les cylindres à la pression souhaitée. L'énergie de pression du carburant étant stockée à distance et les injecteurs étant actionnés électriquement, la pression d'injection en début et en fin d'injection est très proche de la pression dans l'accumulateur (rail), produisant ainsi un taux d'injection carré. Si l'accumulateur, la pompe et la tuyauterie sont correctement dimensionnés, la pression et le débit d'injection seront les mêmes pour chacun des événements d'injection multiples.

Les diesels à rampe commune de troisième génération sont désormais équipés d' injecteurs piézoélectriques pour une précision accrue, avec des pressions de carburant allant jusqu'à 2 500 bar (250 MPa ; 36 000 psi).

Voir également

Les références

Liens externes