MOTEURS DIESEL moteurs Diesel "conventionnels" moteurs Diesel (infos) moteurs Diesel common-rail moteurs Diesel HDI (PSA) - injecteurs piezo-électriques (Siemens) maintenance des moteurs Diesel le pré-post chauffage - le filtre à particules voir aussi la page pollution préchauffage retour en page pédagogie - retour en page automobile - retour en page d'accueil Moteurs Diesel - Diesel moderne ou traditionnel... (Auto Plus, 15.10.2002) Ces cinq dernières années, les constructeurs automobiles ont, pour la plupart, abandonné les moteurs Diesel classiques. Des mécaniques plus modernes, dotées de technologies d'injection très sophistiquées, les remplacent. Du coup, à millésime égal, certains modèles se trouvent en occasion aux côtés de leurs homologue à moteur Diesel classique et vendus à des tarifs à peine supérieurs. La tentation de se lancer vers les nouveau concepts est grande. Mais voilà, les débuts de carrière de ces moteurs ont été entachés par des incidents inquiétants et parfois coûteux. Des défauts qui n'encouragent pas à l'achat des premières générations. Les plus récentes affichent meilleur moral. Mais mieux vaut s'en assurer avant de faire le chèque. Rappel des techniques L'injection indirecte C'est la technologie la plus ancienne. Le gazole est injecté dans une préchambre située dans la culasse, avant le cylindre. Malgré de bonnes performances, c'est la moins sobre et la plus polluante. Mais sa fiabilité n'est pas à remettre en cause. En témoignent les nombreux modèles qui affichent plus de 250 000 km, sans avoir rencontré d'ennuis majeurs. L'injection directe Elle est apparue pour la première fois à la fin des années 1980, sur la Fiat Croma. Le gazole est injecté directement dans le cylindre. Plus économique en carburant que l'injection indirecte, elle est également plus performante. Seul reproche : elle est bruyante à froid. L'injection Common rail Alfa Romeo l'a inaugurée avec la 156 JTD fin 1997. Il s'agit d'une injection directe à haute pression (1 600 bars), plus performante et plus sobre que l'injection Diesel traditionnelle. Mais elle a parfois connu des soucis de jeunesse côté fiabilité. Les injecteurs-pompes Le groupe Volkswagen (Audi, Seat, Skoda, VW) a opté pour un système à injecteurs-pompes (un par cylindre), offrant des pressions encore plus élevées (2 000 bars). D'où d'excellentes performances et une consommation très faible. Bonne fiabilité d'ensemble. Comment les reconnaître Diesel traditionnel Citroën et Peugeot Fiat, Alfa Romeo et Lancia Ford Mercedes TD turbo Diesel à injection indirecte HDi turbo Diesel à injection haute pression Common rail TD turbo Diesel à injection indirecte JTD turbo Diesel à injection haute pression Common rail TD turbo Diesel à injection indirecte TDdi TD TD Opel Renault Toyota Volkswagen Audi, Seat et Skoda Diesel moderne turbo Diesel à injection directe moyenne pression TDCi turbo Diesel à injection haute pression Common rail turbo Diesel à injection indirecte turbo Diesel à injection indirecte CDI turbo Diesel à injection haute pression Common rail DI Diesel injection directe sans turbo DTI turbo Diesel à injection directe moyenne (-> pression 2001) dT turbo Diesel à injection indirecte dTi turbo Diesel à injection directe moyenne pression TD SDI turbo Diesel à injection indirecte Diesel injection directe sans turbo TDI turbo Diesel à injection directe moyenne (-> pression 2001) DTI (2001 turbo Diesel à injection haute pression Common rail ->) dCi turbo Diesel à injection haute pression Common rail D4-D turbo Diesel à injection haute pression Common rail TDI turbo Diesel à injection haute pression injecteurs-pompes (2001 ->) - Les quatre polluants du Diesel (l'Argus de l'Automobile, 17.6.2004) Oxyde de carbone (CO) Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et très toxique, provenant d'une combustion incomplète. Le CO2 (ou gaz carbonique) n'est pas nocif, mais il contribue à l'effet de serre. Particules (PM) Elles émanent d'une combustion imparfaite. Certaines ont des propriétés cancérigènes. Oxydes d'azote (NOx) Gaz irritant qui provoque des troubles respiratoires et qui perturbe le transport de l'oxygène dans le sang. Il se forme lors de la combustion à haute température. Il est composé à 90 % de monoxyde d'azote. Hydrocarbures (HC) Nauséabonds, irritants pour la peau et les muqueuses, favorisant l'apparition de cancers, ces composés organiques volatiles non méthaniques proviennent d'une combustion imparfaite et des vapeurs d'huile. Norme Date CO PM NOx HC 5.45 g/kW/h 0.16 g/kW/h 5 g/kW/h 0.66 g/kW/h 2005 4 g/kW/h 0.03 g/kW/h 3.5 g/kW/h 0.46 g/kW/h 2008 4 g/kW/h 0.03 g/kW/h 2 g/kW/h 0.46 g/kW/h Euro 3 2001 Euro 4 Euro 5 Exprimées en g/kW/h, ces valeurs correspondent aux maxima admis lors du test du moteur dit transitoire. Adopté depuis Euro 3, ce test à treize modes évalue davantage la plage moyenne de régime et la plage de charge, ce qui est beaucoup plus porche de l'utilisation réelle du moteur que le test en cycle stationnaire qui prévalait avant Euro 3. - Antipollution Volvo SCR (Jean-Luc Foucret, l'Argus de l'Automobile, 17.6.2004) Le groupe Volvo a décidé que ses futurs moteurs de camions répondront à la norme Euro 4 en 2006, grâce à un pot catalytique fonctionnant avec un additif à base d'urée. Après Daf, Mercedes-Benz, Scania et Man, Volvo a dévoilé à son tour l'option choisie pour le passage des moteurs de ses activités poids lourds (marques Renault Trucks, Volvo Trucks et Mack) à la norme de dépollution Euro4. Cette réglementation entrera en application en octobre 2005 pour les nouvelles homologations, et en octobre 2006 pour les nouvelles immatriculations. Sans grande surprise, c'est la technologie dite de sélection catalytique sélective (SCR en abréviation anglaise) qui a été retenue. Une option également choisie par Daf, Mercedes-Benz et Scania, pour certains de ses moteurs. Réactions chimiques. Ce procédé de traitement des gaz d'échappement fait appel à un additif composé d'eau et d'urée, dans une proportion de 32,5 %. L'urée est une substance chimique, produite à partir du gaz naturel, que l'on retrouve dans les engrais et les cosmétiques. Sous l'influence de la température des gaz d'échappement, l'additif, baptisé AdBlue, produit de l'eau, du gaz carbonique et de l'ammoniac. Ce dernier, composé gazeux, forme de l'azote et de l'eau au contact des oxydes d'azote (NOx). Après quatre réactions chimiques dans le pot catalytique, les gaz d'échappement perdent 70 % de NOx, 90 % d'hydrocarbures et 10 % de particules. Comme les fabricants d'AdBlue et les pétroliers ont assuré que l'additif serait disponible à l'horizon 2005-2006 dans les stationsservice ou en vrac chez les transporteurs, la technique SCR, dite aussi technologie DeNox, a pu être envisagée pour Euro 4, tout en sachant qu'elle est indispensable pour la norme Euro 5 (2008 et 2009). Pour l'heure, les constructeurs estiment que le prix de l'AdBlue, contenu dans un réservoir additionnel, coûtera environ la moitié du prix du gazole. "La quantité nécessaire pour la norme Euro 4 doit s'élever à 3 % ou à 4 % de la consommation de carburant", souligne Volvo. "Pour Euro 5, cette proportion montera à 5 % ou à 7 %. Cette quantité ne sera pas la seule différence entre les deux normes, car la conception des moteurs sera également différente." Dès Euro 4, le système sera piloté par une centrale électronique, qui, en liaison avec celle du moteur, déterminera, selon le régime et le couple, la quantité d'additif à injecter dans les gaz d'échappement. "Si on mélangeait l'AdBlue avec le gazole avant l'injection dans les cylindres, il se décomposerait et brûlerait sous l'effet de la chaleur de la combustion", explique Volvo. "La formation d'ammoniac, essentielle à la réaction catalytique, serait par conséquent compromise". Quel coût ? Volvo ne livre aucune estimation chiffrée quant à l'effet de cette technologie sur les frais d'exploitation des camions. Tout juste note-t-il que cet effet sera influencé par plusieurs facteurs : la consommation d'AdBlue et son prix, le coût d'installation en usine du système sur le véhicule et les éventuelles mesures d'incitation. Précisons aussi que la consommation de gazole sera en baisse par rapport à Euro 3. Ce domaine-là est le grand avantage de la technologie SCR par rapport au système concurrent pour Euro 4, EGR (exhaust gas recirculation). Retenu par Man pour Euro 3 et Euro 4, ainsi que par Scania pour Euro 4, et appliqué actuellement par Volvo et Cummins en Amérique du Nord (norme US 2002), cette solution traite aussi les gaz d'échappement, mais avant qu'ils ne soient réutilisés par la combustion. Le principe consiste à prélever une partie de ces gaz en amont de la turbine du turbo, à les refroidir aux alentours de 200°C par un échangeur thermique et à les mélanger, en aval du radiateur, à l'air d'admission comprimé. Appauvris en oxygène, les gaz limitent la création d'oxydes d'azote. Le problème est que l'EGR rend difficile l'optimisation de la combustion, à savoir la recherche de hautes températures, qui sont nécessaires à la diminution des oxydes de carbone, des particules, des hydrocarbures et de la consommation de gazole, mais qui, en contrepartie, engendrent des oxydes d'azote. Ce conflit d'intérêt, la technologie SCR s'en libère. - Dossier : Essence ou Diesel, quelle citadine choisir ? (AutoPlus, 7.12.2004) Prix écart 80/120 400 m Conso. Rentable Conso. Rentable Bruit Agilité Capacités km/h écart écart Souplesse DA ville après mixte après vibrations Vivacité hors ville 4e/5e 1.4 75 ch 12 540 EUR 19.2s 21.9s 8.4 l/100 km 1.4 HDi 70 ch 13 750 EUR 14 s 17.5s 6.2 l/100 km 1.4 80 ch 13 600 EUR 1.4 TDCi 68 ch 14 800 EUR 1.2 Twinsport 75 ch 11 090 EUR 1.3 CDTI 70 ch 12 590 EUR 1.4 75 ch 12 750 EUR 1.4 HDi 70 ch 14 050 EUR 1.2 16V 75 ch 12 150 EUR 1.5 dCi 65 ch 13 350 EUR 85 11 Les classiques Citroën C3 Pack Ford Fiesta Ghia 5 portes Opel Corsa Essentia 3 portes Peugeot 206 X Line 5 portes Renault Clio Pack Authentique 5 portes 15.1 s 1 210 EUR 19.3s 18.7s 18.9s 8.5 l/100 km 19.4s 13.6 s 17s 7.6 l/100 km 13s 18.5s 8.2 l/100 km 14.8s 5.9 l/100 km 12.5 s 1 200 EUR 1 500 EUR 14.5s 19.1s 18.2s 8.5 l/100 km 19.2s 12.6 s 16.3s 7.5 l/100 km 19s 13.9 s 21.2s 8.3 l/100 km 14.1 s 16.8 s 7.4 l/100 km 12.6 s 7.8 13.2 s 1 300 EUR 1 200 EUR 19.7s 2.2 l/100 km 0.9 l/100 km 2.3 l/100 km 1 l/100 km 0.9 l/100 km 41 000 km 71 300 km 49 500 km 73 000 km 72 100 km 7.6 l/100 km 6.1 l/100 km 7.6 l/100 km 6.7 l/100 km 6.3 l/100 km 4.7 l/100 km 7.4 l/100 km 6.5 l/100 km 7.8 l/100 km 6.4 l/100 km 7.3 1.5 l/100 km 0.9 l/100 km 1.6 l/100 km 0.9 l/100 km 1.4 l/100 km xxxx. xxxx. xxxx. xx... xxx.. xxxx. xxx.. xxx.. xxxxx xxxx. xxx.. xxxx. xxx.. xxxx. xxx.. xxxx. xxx.. xxx.. xxxx. xxx.. xxxx. xxx.. xxx.. xxxx. xxxx. xxxx. xxxx. xxx.. xxx.. xxxx. xxx.. xxxx. xxxxx xxx.. xxxx. xxx.. xxxx. xxxx. xxx.. xxx.. 55 300 km 75 100 km 69 300 km 82 300 km 56 900 km Toyota Yaris Linea Luna 5 portes Volkswagen Polo Trend 3 portes VVTi 87 ch 950 EUR 75 D4-D 75 ch 13 350 EUR 1.4 16V 75 ch 12 260 EUR 1.4 TDI 75 ch 13 680 EUR 1 400 EUR Fiat Panda Class Fiat Idea Class Mitsubishi Colt Inform Nissan Micra Visia 3 portes Opel Meriva Enjoy Renault Modus Confort Expression Smart Fortwo Pure 9 470 EUR 1.3 M-Jet 70 ch 11 370 EUR 1.4 16V 95 ch 14 615 EUR 1.9 M-Jet 100 ch 16 715 EUR 1.3 95 ch 11 890 EUR 1.5 Di-D 95 ch 13 490 EUR 1.2 80 ch 10 950 EUR 1.5 dCi 65 ch 12 150 EUR 1.6 Ecotec 100 ch 15 380 EUR 1.7 CDTI 100 ch 17 680 EUR 1.4 16V 98 ch 13 850 EUR 1.5 dCi 80 ch 15 350 EUR 61 ch 9 360 EUR cdi 41 ch 10 160 EUR 18 s 19.4s 11.2 s 14.8s 1 420 EUR 11.6 s 13.6s 7.2 l/100 km 20.1s 26.6s 7.9 l/100 km 14.1 s 19.7s 6.7 l/100 km 19.8s 18.7s 21.9s 9.8 l/100 km 9.4 s 11.9s 9.2 l/100 km 13.8 s 18.5s 18.2s 20.5s 8.2 l/100 km 18.4s 9.3 s 12.1s 7.7 l/100 km 18.5s 13.3 s 20s 9 l/100 km 15.2 s 17.2s 6.8 l/100 km 13 s 1 600 EUR 1 200 EUR 20s 18.8s 15.2s 10.4 l/100 km 9.8 s 11.8s 9.2 l/100 km 11.1 s 2 300 EUR 18.8s 18.7s 19.4s 9.9 l/100 km 13.3 s 16.6s 7.8 l/100 km 16.4s 12.8s 8.5 l/100 km 13 s 1 500 EUR 0 l/100 km 1.3 l/100 km 190 900 km l/100 km 7 l/100 km 68 400 km 7.7 l/100 km 6.3 l/100 km 0.3 l/100 km 1.4 l/100 km xxxx. xxx.. xxxxx xxxx. xxx.. xxxx. xxxx. xxxxx xxxx. xxx.. xxxx. xxx.. x.... xxx.. xxxx. xxxx. 142 700 km 67 700 km 80/120 400 m Conso. Rentable Conso. Rentable Bruit Agilité Capacités km/h écart écart Souplesse DA ville après mixte après vibrations Vivacité hors ville 4e/5e 17.8 s 2 100 EUR 7.8 l/100 km 8.5 l/100 km 19.7s 1 900 EUR l/100 km 19.2s 21.1s 13.9 s La nouvelle génération Prix écart 1.2 8V 60 ch 17.8s 20s 800 EUR 22.8s 42.2s 6.6 l/100 km 1.2 l/100 km 0.6 l/100 km 0.5 l/100 km 2.2 l/100 km 1.2 l/100 km 2.1 l/100 km 1.9 l/100 km 98 900 km 139 000 km 126 800 km 39 900 km 106 700 km 50 100 km 30 000 km 7.4 l/100 km 6.5 l/100 km 8.9 l/100 km 8.2 l/100 km 7.3 l/100 km 7 l/100 km 7.9 l/100 km 6.6 l/100 km 8.8 l/100 km 7.9 l/100 km 8.7 l/100 km 7 l/100 km 7.7 l/100 km 5.8 l/100 km 0.9 l/100 km 0.7 l/100 km 0.3 l/100 km 1.3 l/100 km 0.9 l/100 km 1.7 l/100 km 1.9 l/100 km xxx.. xx... xxx.. xx... xxx.. xxx.. xxxx. xxx.. xxx.. xxx.. xxx.. xxx.. xx... xxxx. xxxx. xxxx. xxx.. x.... xxx.. xxx.. xx... xx... xx... xxxx. xxx.. xxx.. xxxx. xxxx. xx... xxx.. xxx.. xxx.. xxxx. xxx.. xxx.. xxxx. xx... xx... xxx.. xxxxx xxxx. xxxx. xxxx. xxxx. xxxxx xxxxx xxx.. xxxx. xx... xx... xxx.. x.... x.... xxx.. xx... x.... 120 300 km 137 800 km 163 100 km 59 400 km 134 400 km 60 300 km 30 900 km Sans Plomb 95 1.075 euros/l, gazole 0.981 euros/l - Essence - Diesel : Quel carburant choisir ? (Vincent Desmonts, l'Argus de l'Automobile, 16.12.2004) Le litre de gazole ne cessant d'augmenter, est-il encore possible de faire des affaires avec les modèles Diesels ? l'Argus a fait les comptes pour vous... Turbo, rampe commune, filtre à particules, insonorisation poussée... les constructeurs font flèche de tout bois afin de gommer les défauts du Diesel. Résultat, aujourd'hui, 69 % des voitures neuves vendues en France carburent au gazole ! Malheureusement, la fiscalité liée à ce carburant ne cesse de s'alourdir parallèlement à l'augmentation de ses coûts de production. Et la revente n'est plus aussi aisée que par le passé : le marché de l'occasion commence à être saturé de modèles Diesel récents, à rampe commune ou à injecteurs pompes. Et ce stock tend à faire baisser les prix de marché. Rentabilité. Comme certains Diesel sont facturés à des tarifs sans rapport avec les gains de consommation réellement effectués, le seuil de rentabilisation de l'investissement s'en trouve repoussé. Et l'écart de prix se creuse avec celui des occasions à essence. De plus, ces dernières ont vu leur consommation diminuer grâce à la plus grande sévérité des normes antipollution. Dans notre tableau, le cas de l'Espace 2.2 dCi est flagrant : il coûte 4 100 euros de plus que la version à essence 2.0T, pour une consommation moyenne inférieure de 2 litres aux 100 kilomètres seulement. Du coup, il faudrait parcourir 143 000 km avant de rentrer dans ses frais ! Dans de pareilles conditions, seuls les très gros rouleurs auront intérêt à opter pour le Diesel. Les autres choisiront l'essence, qui offre la souplesse d'un bon Diesel turbo sans en faire subir le bruit et les vibrations... A l'inverse, la grande sobriété des Citroën C2 1.4 HDi et Volkswagen Golf 1.9 TDI 105, associée aux faibles surcoûts de leur motorisation, en font un choix économiquement cohérent, avec un seuil de rentabilité bas (50 000 km). Mais il ne faudra pas négliger les coûts annexes du Diesel, notamment en matière d'assurance. Globalement. plus on monte en gamme, et plus une motorisation Diesel devient difficile à amortir. Nous la réserverons donc à ceux qui avalent un grand nombre de kilomètres ) longueur de journée. Les autres, ceux qui recherchent de l'espace habitable sans forcément effectuer de gros kilométrages annuels, auront tout intérêt à se tourner vers l'essence, en neuf, et surtout en occasion. Les coûts (cachés) du Diesel Les moteurs Diesel de dernière génération ne coûtent pas tellement plus cher à l'entretien que leurs homologues à essence (tout au moins en deçà de 80 000 km). Les intervalles de révision s'espacent, et les réseaux proposent des forfaits tout compris à prix compétitifs. L'assurance, en revanche, revient plus cher pour un modèle Diesel. Plus onéreux à l'achat, celui-ci possède une valeur vénale plus élevée, ce qui se répercute sur les primes. Par exemple, un conducteur parisien disposant d'un bonus de 4O % et utilisant sa voiture pour ses trajets domicile-travail paiera 1 000 euros par an pour assurer sa 206 2.0 HDi en tous risques, soit 100 euros de plus que pour une 1.6 16V équivalente. Plus on monte en gamme, plus l'écart se creuse. Citroën C2 Pack Ambiance Peugeot 206 XT 5 portes Volkswagen Golf Confort 5 portes Renault Scénic Privilège Renault Espace Privilège Mercedes classe E Elegance BVA 1.4 HDi Puissance consommation moyenne 70 ch 4.3 l/100 km 1.4 75 ch 6.1 l/100 km 2.0 HDi 90 90 ch 5.3 l/100 km 1.6 16V 110 ch 6.7 l/100 km 1.9 TDI 105 105 ch 5.4 l/100 km 1.6 FSI 115 ch 6.8 l/100 km 1.9 dCi 120 120 ch 5.8 l/100 km 2.0 16V 136 ch 8 l/100 km 2.2 dCi 150 ch 7.7 l/100 km 2.0 T 165 ch 9.7 l/100 km E 280 CDI 177 ch 7.3 l/100 km E 240 177 ch 9.9 l/100 km écart Prix 1.8 l/100 km 13 250 EUR 1.4 l/100 km 16 800 EUR 1.4 l/100 km 22 130 EUR 2.2 l/100 km 26 300 EUR 2 l/100 km 2.6 l/100 km 11 950 EUR 15 400 EUR écart Amortissement Amortissement 2003 2004 1 300 EUR 48 600 km 1 400 EUR 56 300 km 1 110 EUR 44 300 km 2 150 EUR 63 600 km 4 100 EUR 114 600 km 4 200 EUR 102 800 km 55 800 km 70 000 km 55 300 km 21 020 EUR 24 150 EUR 37 650 EUR 33 550 EUR 46 550 EUR 42 350 EUR 74 100 km 143 000 km 121 100 km MOTEUR DIESEL INJECTION DIRECTE COMMON RAIL Injection directe "common rail" En injection directe, le carburant est directement injecté dans la tête du piston. Le rendement du moteur est amélioré grâce à : - la meilleure qualité du mélange air/carburant, - la réduction des pertes thermiques, - la combustion directe dans les cylindres (absence de préchambre de combustion). L'injection est réalisée à très haute pression grâce à une rampe d'injection commune aux injecteurs électrohydrauliques (d'où l'appellation COMMON RAIL). La rampe d'injection commune est maintenue à très haute pression. La pression d'injection peut atteindre 1350 bars à haut régime. Un calculateur électronique intègre de nombreux paramètres : - la position de la pédale d'accélérateur (transducteur composé de deux potentiomètres). - le régime moteur et la position du vilebrequin (capteur de régime inductif, capteur de phase à effet Hall), - la pression absolue (pression atmosphérique) et la pression régnant dans le collecteur d'admission (capteurs piézo résistif), - la température du moteur (température du liquide de refroidissement, CTN), - le débit massique et la température de l'air (débitmètre à film chaud et CTN). - la température et la pression du carburant (CTN et capteur de pression de rampe piézo résistif), - la vitesse d'avancement (capteur inductif ou à effet Hall, en sortie boîte de vitesses), - l'action sur les freins et l 'embrayage ( contacteurs). Le calculateur d'injection : - détermine la durée d'injection à partir de la pression de carburant, - commande, si besoin une pré-injection (pour réduire les bruits de combustion), et l'injection principale, - commande le débit carburant injecté par les injecteurs (commande électrique). - assure du recyclage des gaz d'échappement (RGE / EGR), - assure le bouclage de la pression de suralimentation. Il prend également en compte les différentes phases de fonctionnement : - au démarrage, le débit de surcharge ; - au ralenti, le débit poste à poste contrôlé ; - en marche normale, l'amortissement actif des à-coups et le débit adapté au besoin. Avantages de la gestion électronique du système : - agrément de conduite (50% de couple supplémentaire à bas régime et 25% de puissance en plus), - augmentation du rendement moteur (gain en consommation de carburant de l'ordre de 20%), - réduction des émissions de polluants (CO2, CO, HC, et particules de carbone). La post-injection associée à un catalyseur DeNOx permettra de réduire en complément des autres polluants, le taux d'oxyde d'azote. 1 Capteur pression tubulure d'admission ; 2 Turbocompresseur ; 3 Débitmètre d'air ; 4 Filtre à air ; 5 Pot catalytique ; 6 Vanne de recyclage des gaz d'échappement ; 7 Capsule de commande soupape régulatrice de suralimentation ; 8 Electrovanne de régulation du recyclage ; 9 Electrovanne de régulation pression de suralimentation ; 10 Calculateur d'injection ; 11 Capteur de pression atmosphérique (intégré au calculateur d'injection) ; 12 Voyant diagnostic ; 14 Interrupteur a inertie ; 13 Prise diagnostic centralisée ; 15 Relais double d'injection ; 16 Batterie ; 17 Motoventilateur(s) ; 18 Compresseur de réfrigération ; 19 Voyant d'alerte température d'eau moteur ; 20 Logomètre de température d'eau moteur ; 21 Capteur de position de pédale d'accélérateur ; 22 Capteur de vitesse véhicule ; 23 Voyant de préchauffage ; 24 Compte tours ; 25 Antidémarrage électronique ; 26 Contacteur pédale de frein ; 27 Ordinateur de bord ; 28 Contacteur pédale d'embrayage ; 29 Sonde de température d'eau moteur ; 30 Pompe de gavage ; 31 Réservoir a carburant ; 32 Réchauffeur de carburant ; 33 Boîtier de pré-post chauffage ; 34 Refroidisseur de carburant ; 35 Filtre a carburant ; 36 Régulateur haute pression carburant ; 37 Pompe haute pression carburant (a trois pistons) ; 38 Désactivateur du 3ème piston de pompe haute pression carburant ; 39 Chauffage additionnel (thermoplongeurs ou chaudière) ; 40 Relais de commande du chauffage additionnel ; 41 Injecteurs ; 42 Echangeur thermique air/air ; 43 Capteur arbre a cames ; 44 Capteur de régime ; 46 Rampe d'injection haute pression carburant ; 45 Bougies de préchauffage ; 47 Capteur haute pression carburant ; 48 Sonde de température carburant Temps d'injection et cartographie du débit à injecter La vitesse de rotation du moteur et la position de l'accélérateur sont les principaux paramètres qui déterminent la quantité de carburant à injecter. T est exprimé en microsecondes (ms), V le volume global à injecter sur un cylindre, en mm3, P, la pression, en bar(s) La masse de carburant à injecter par cylindre est : m = s x t x (2 x r x ΔP )^0,5 avec m masse de carburant en kg, s section de passage en m2, t temps d'ouverture en s, r masse volumique du gazole (820 kg/m3, ΔP différence de pression aux bornes de l'injecteur (i.e. 800.105 Pa) Principe de fonctionnement La pompe de gavage aspire le carburant contenu dans le réservoir via le filtre à gazole, puis vers la pompe haute pression. Celle-ci, entraînée mécaniquement par l’intermédiaire de la courroie de distribution, dont le débit n’est pas en phase avec le moteur, débite sous haute pression (200-1350 bars) dans le rail (accumulateur). Un régulateur de pression commandé par le calculateur est monté en parallèle entre la pompe HP et le Rail. Sur chaque cylindre se trouve un injecteur commandé par une électrovanne. Le carburant à injecter est prélevé dans la rampe, où il peut, indépendamment de la quantité à injecter, être porté à la pression voulue. L’avance à l’injection ainsi que la quantité de carburant à injecter sont totalement contrôlées par le calculateur. La masse de gazole et la commande des quantités à injecter se fait dans l’ordre d’allumage, individuellement pour chaque cylindre, par le calculateur via les injecteurs. Le calculateur électronique reçoit des capteurs, les données sur les conditions de marche présentes. Pompe de gavage La pompe de gavage, immergée dans le réservoir, permet : - l'alimentation en carburant de la pompe haute pression, - de fournir la pression nécessaire dans le circuit basse pression. Elle est constituée : - d'un moteur à courant continu, - d'une pompe à rouleaux, - d'un clapet de sécurité (tarage environ 7 bars). Elle est alimentée en 12 V par le relais double d'injection : - dès la mise du contact, durant 2 à 3 secondes, - moteur tournant. Pompe BOSCH EKP3 Pompe électrique volumétrique multicellulaire à rouleaux placée entre le réservoir et le filtre à gazole, alimentant la pompe haute pression. Pression d'alimentation de la pompe à l'entrée du filtre 2,3 à 2,6 bars, pression de retour 0,7 +/- 0,15 bars Débit d'alimentation de la pompe 140 l/h +/- 15), débit de retour 50 l/h +/15. Un clapet de sécurité limite la pression de la pompe à 7 bars. a - Sortie carburant ; b - Entrée carburant ; 18 - Moteur électrique ; 19 Rouleaux ; 20 - Rotor ; 21 - Clapet de sécurité La pompe de gavage est intégrée au module jauge/pompe, implanté dans le réservoir à carburant, et qui intègre : un préfiltre (seuil de filtration 300 mm), la fonction jaugeage, avec la fonction autonomie carburant. Filtre à carburant Il assure : - la filtration du carburant (seuil de filtration 5 µm), - la décantation de l'eau, - le contrôle du réchauffage du carburant (élément thermostatique), - le contrôle de la pression du circuit carburant basse pression (régulateur de basse pression intégré). Circulation carburant (dans le sens des flèches). c - Retour réservoir à carburant ; d - Entrée carburant réchauffé (boîtier de sortie d'eau) ; e - Sortie : boîtier de sortie d'eau ; f - Entrée carburant ; g - Sortie : pompe haute pression carburant 23 - Régulateur de basse pression (clapet) ; 24 - Elément thermostatique ; 25 - Elément filtrant Le régulateur basse pression contrôle la pression de carburant dans le circuit basse pression. Pression dans le circuit : environ 2.5 bars. Nota : La purge des circuits haute pression et basse pression, après un échange de filtre à carburant, est automatique. L'élément thermostatique permet : - à froid, de dévier une partie du carburant vers le réchauffeur de carburant, - à chaud, d'interdire le réchauffage du carburant. Circulation du carburant (dans le sens des flèches). e - Sortie : boîtier de sortie d'eau ; f - Entrée carburant ; g - Vers élément filtrant D - Température carburant < 15°C ; E - Température comprise entre 15°C et 25°C ; F - Température carburant > à 25°C 24 -Elément thermostatique L'élément thermostatique est constitué d'un bilame qui se déforme en fonction de la température de carburant. (D):Température carburant : < 15°C : - l'élément thermostatique est décollé de son siège, - le passage direct vers le filtre est fermé, - le carburant est réchauffé au contact du boîtier de sortie d'eau. (E):Température comprise entre 15°C et 25°C l'élément thermostatique est partiellement décollé de son siège ; une partie du carburant est réchauffée. (F):Température carburant : > à 25°C. - l'élément thermostatique est en appui sur son siège. - le carburant passe directement vers l'élément filtrant. Le réchauffeur de carburant réchauffe le carburant dévié par l'élément thermostique (filtre à carburant). Le réchauffeur de carburant est constitué d'un tube plongé dans le liquide de refroidissement moteur. L'échange thermique est réalisé entre le liquide de refroidissement et le carburant. Pompe Haute Pression Pompe Bosch type CP1 à trois pistons a - Sortie haute pression carburant (vers la rampe d'injection haute pression carburant) ; b - Retour au réservoir carburant c - Entrée carburant (pompe de gavage) 1 -Régulateur haute pression carburant ; 2 - Clapet de lubrification ; 3 - Arbre de pompe à excentrique ; 4 - Piston haute pression 5 - Désactivateur du 3e piston de pompe haute pression carburant La pompe haute pression carburant : - fourni la haute pression carburant, - alimente les injecteurs à travers la rampe d'injection haute pression, - est entraînée par la courroie de distribution (rapport d'entraînement 0.5). Le carburant non utilisé retourne au réservoir (au travers du refroidisseur de carburant). La haute pression carburant varie entre 200 et 1350 bars (puissance maximum absorbée 3,5 kW, rendement mécanique environ 90%). La haute pression carburant est contrôlée par le régulateur haute pression carburant (16). Au démarrage du moteur, la pression fournie par la pompe atteint 200 bars après 1.5 tour moteur. Ce type de pompe absorbe un couple d'entraînement compris entre 18 et 20 Nm, soit 1/9 du couple d'entraînement d'une pompe distributrice ; de plus la traction est plus régulière. 3 - Arbre de pompe à excentrique ; 7 - Clapet d'admission de carburant ; 8 Clapet de refoulement à bille ; 9 - Ressort de rappel , clapet d'aspiration ; 10 Ressort de rappel du piston haute pression ; 11 - Came d'entraînement ; 12 Piston haute pression L'arbre de pompe haute pression carburant comporte une came. Les pistons d'injection (trois pistons radiaux, décalés de 120°) sont alimentés en carburant par le circuit basse pression interne à la pompe. Le carburant est aspiré par le piston durant la phase d'admission. C - Phase Admission - la pompe de gavage débite le carburant au travers du clapet d'admission (7), - le ressort de rappel repousse le piston sur la came, - le piston crée une dépression dans la chemise (13). D - Phase Refoulement - point mort bas dépassé, - la chute de pression de carburant provoque la fermeture du clapet d'aspiration (environ 1 bar), - le carburant est bloqué dans la chambre, - la came de la pompe haute pression carburant pousse le piston, - la pression de carburant augmente, - le carburant est refoulé vers le clapet de refoulement, - le clapet de refoulement (12) s'ouvre. Après le point mort haut, le clapet de refoulement se ferme suite à la baisse de pression. Le clapet de lubrification permet d'assurer le graissage de la pompe haute pression carburant dans le cas ou la pression de gavage est trop faible. b - Retour au réservoir ; c - Entrée carburant (pompe de gavage) ; d - vers étage haute pression 2 - clapet de lubrification ; 6 - ressort de rappel Le carburant entre dans la pompe par l'entrée (c) et traverse le clapet de lubrification (2).(pompe de gavage). A - Différence entre la pression de gavage et la pression du circuit de retour < 0.8 bars - la pression de carburant est insuffisante pour repousser le clapet (2), - le carburant traverse le clapet (percé d'un ajutage), - le carburant permet la lubrification et le refroidissement de la pompe haute pression. B - Différence entre la pression de gavage et la pression du circuit de retour > 0.8 bars - le carburant repousse le clapet (2), - le carburant permettant la lubrification traverse le clapet au travers de son ajutage, - le carburant est distribué vers l'étage haute pression (d) de la pompe. Différentiel de pression entre l'entrée et le retour pompe supérieur à 0.8 bars (tarage du ressort). Le désactivateur du 3ème piston de pompe haute pression carburant permet de : - réduire la cylindrée de la pompe haute pression carburant, - réduire la puissance absorbée par la pompe haute pression carburant en cas d'utilisation du véhicule en faible charge. Pendant la commande de cet élément le volume de carburant refoulé diminue ce qui permet de : - réduire la puissance absorbée par la pompe haute pression carburant, - limiter l'échauffement du carburant (moins de laminage). Si la température carburant dépasse 106 °C, la pompe haute pression carburant ne fonctionne plus que sur 2 pistons. Le désactivateur du 3ème piston de pompe haute pression carburant est constitué : - d'un électroaimant, commandé (par la masse) en tout ou rien par le calculateur d'injection, - d'une tige de poussée se déplaçant sous l'action du champ magnétique crée par l'électroaimant. 7 -Clapet d'admission de carburant ; 8 -Clapet de refoulement ; 9 -Ressort de rappel , clapet d'aspiration ; 12 -Piston haute pression ; 13 -Tige de poussée E - Utilisation des trois pistons (électroaimant non alimenté) - le clapet d'admission de carburant (7) est plaqué sur son siège par le ressort (9), - le cylindre est fermé, - l'action de la came de l'arbre de pompe se traduit par la création de pression, - la pression de carburant permet de soulever le clapet de refoulement (8), - le carburant se dirige vers la sortie haute pression de la pompe. F -Utilisation de deux pistons (électroaimant alimenté) - la tige de poussée (14) soulève le clapet d'admission (7) de son siège, - le cylindre est ouvert : pas de création de pression, - le carburant se déplace vers la partie basse pression de la pompe haute pression. Régulation de la Haute Pression La haute pression carburant est régulée par modification du tarage du régulateur haute pression carburant Le régulateur haute pression carburant comprend deux circuits de contrôle de la pression : - le circuit électrique : le calculateur agit directement sur la haute pression commandant l'électroaimant du régulateur haute pression carburant, - le circuit mécanique : permet d'assurer une pression minimum (100 bars) et d'amortir les pulsations. Pour augmenter la pression dans le rail, il faut l'alimenter et donc créer un champ magnétique qui engendre une force qui s'ajoute à la force du ressort 4 15. Ressort : il est prévu pour que le seuil de pression admissible sans action de l'électrovanne atteigne environ 100 bars. Il exerce donc une force (Fr) de 1.daN. 16. Electro-aimant : la résultante (Fmag) due à l'action de l'électroaimant est proportionnelle à la valeur moyenne du courant de commande (A 20°C, la résistance de l’électro-aimant est de 5 Ω) 17. noyau magnétique (l’ensemble de l’induit est balayé par un flux de carburant pour assurer sa lubrification et l’évacuation de la chaleur dégagée) 18. Clapet à bille (diamètre de la bille 1mm) a - Sortie haute pression carburant ; b - Retour au réservoir ; e - circuit haute pression de la pompe c. Connexion électrique Pilotage mécanique Le circuit haute pression carburant subit des variations de pression. La haute pression carburant augmente lors du refoulement d'un piston de pompe. La haute pression carburant diminue lors de l'ouverture d'un injecteur. Le battement de la bille (18) amortit ces variations de pression. Pilotage électrique G - Régulateur haute pression carburant non alimenté (la pression est limitée à environ 100 bars): - la haute pression carburant s'oppose à l'action mécanique du ressort (19), - le régulateur s'ouvre pour une haute pression supérieure à la pression du ressort (environ 100 bars), - le carburant libéré par le régulateur haute pression retourne au réservoir par la sortie (3). Moteur à l'arrêt il ne subsiste pas de pression résiduelle dans le circuit haute pression carburant. (30 secondes après l'arrêt du moteur), H - Régulateur alimenté (commande par la masse) : - le calculateur d'injection alimente le régulateur haute pression carburant avec un courant RCO (*), - la bobine du régulateur haute pression carburant entraîne le noyau magnétique (force magnétique), - la force crée sur la bille est l'addition des forces du ressort (19) et de la force magnétique du noyau, - la valeur de disjonction du régulateur haute pression augmente. Commande de la baisse de pression : - le calculateur d'injection réduit le RCO fourni à la bobine du régulateur haute pression carburant, - la bobine du régulateur haute pression carburant entraîne le noyau magnétique (force magnétique), - la force crée sur la bille diminue, - la valeur de disjonction du régulateur haute pression carburant diminue. RCO = Rapport cyclique d'ouverture, tension variable. - RCO maximum = tension maximum : pression maximale, - RCO minimum = tension minimale : pression minimale. F r + Fmag - Fp = 0, avec Fmag = B x (L x sina) x I = K x I Rampe d'injection Haute Pression ("Common Rail") k - Sorties vers les injecteurs ; l - Alimentation en haute pression carburant 5 - Rampe d'injection haute pression 6 - Sonde de température carburant ; 7 - Capteur haute pression carburant La rampe d'injection haute pression, en acier forgé, placée entre la pompe haute pression et les injecteurs permet : - de stocker la quantité de carburant nécessaire au moteur quelque soit la phase d'utilisation (son volume est adapté à la cylindrée du moteur), - d'amortir les pulsations crées par les injections, - de relier les éléments du circuit haute pression, Eléments reliés à la rampe d'injection haute pression : - canalisation d'alimentation haute pression carburant, - canalisations d'alimentation des injecteurs, - sonde de température carburant, - capteur haute pression carburant. Les sorties haute pression sont en général équipées de limiteur de débit afin de sécuriser l'installation. Le limiteur de débit intervient en cas de grippage d'injecteurs ou d'interruption de canalisations haute pression. 1 - sortie vers l’injecteur ; 2 - corps de limiteur ; 3 - ressort ; 4 - piston ; 5 pression de rampe. En fonctionnement normal, le volume disponible du rail est toujours rempli de carburant sous pression. La compressibilité du gazole à pression élevée, est exploité pour obtenir un effet d'accumulation ainsi, la pression reste pratiquement constante à l'intérieur de l'accumulateur, ceci malgré le pompage et les injections successives (voir tableau ci-dessous). 15°C 100°C 500 bars 1 000 bars 1500 bars 2.5 % 4,5 % 6% 3,5 % 5,8 % 7,6 % avec r gazole = 820 kg/m3 Injecteur Les injecteurs sont commandés électriquement par le calculateur d'injection. Ils sont constitués de deux parties : - une partie commande électrique, - une partie pulvérisation de carburant. Les injecteurs : - injectent, le carburant nécessaire au fonctionnement du moteur (pression maximale 1 525 bars), - comportent 5 trous de diamètre 0,16 mm, permettant ainsi de favoriser le mélange air/carburant. La levée maximale de l’aiguille pilote est de 60 microns. Les injecteurs sont reliés entre eux par le circuit de retour (pression environ 0.7 bar). A - gicleur d'ouverture de l'injecteur ; Z - gicleur de réalimentation ; B aiguille d'injecteur ; C - chambre de pression ; D - ressort d'injecteur ; E piston de commande ; F - volume de commande ; G - raccord d'entrée ; H filtre laminaire inclus dans le raccord ; I - ressort principal ; J - aiguille pilote et sa bille ; K - solénoïde ; L - écrou de fermeture. - Au repos : la Haute Pression arrive par le raccord d'entrée G, elle s'installe dans la chambre de commande F et au nez de la chambre de pression. On est alors en blocage hydraulique. L'injecteur reste fermé. - Ouverture : au moment déterminé par le calculateur, on commande l'électrovanne ce qui attire l'aiguille pilote et la bille se soulève de son siège, On a donc une chute de pression dans la chambre de commande due à la fuite de gasoil vers le réservoir, La force engendrée par la pression sur l'aiguille d'injecteur est la plus importante donc l'injecteur s'ouvre et laisse passer les jets de gasoil vers la chambre de combustion. - Fermeture : au moment déterminé par le calculateur, on stoppe l'alimentation de l'électrovanne donc le ressort de l'aiguille pilote plaque la bille sur son siège. La fuite vers le retour réservoir cesse et la pression augmente dans la chambre de commande. Pendant ce temps, le ressort d'injecteur D pousse l'aiguille d'injecteur sur son siège et on est alors revenu en position repos. Le temps de commande du solénoïde de l'injecteur varie de 200 à 1 200 ms environ. Ce temps comprend les phases d'appel (80 V 20 A) et de maintien (50 V 12 A). Note : Le gicleur de réalimentation (Z) Note : Le gicleur de réalimentation (Z) détermine la vitesse d'ouverture et de fermeture de l'aiguille d'injecteur (comme le gicleur d'ouverture A). C'est la différence de pression à ses bornes qui détermine la rapidité d'ouverture de l'injecteur. La quantité de carburant injectée dépend : - de la durée de la commande électrique (calculateur d'injection), - de la vitesse d'ouverture de l'injecteur, - du débit hydraulique de l'injecteur (par conception), - de la pression de carburant dans la rampe d'injection haute pression carburant. Le carburant peut être injecté dans les phases suivantes : - la pré-injection, Le principe fondamental du moteur Diesel est la combustion par autoallumage. Cet auto-allumage comporte un délai d'allumage, c'est-àdire un temps mis par le combustible pour atteindre son point d'auto inflammation. Avec les pompes d'injection distributrices, la quantité injectée pendant ce délai est trop importante, notamment à froid, d'où un bruit caractéristique de "cognement". Avec le système à rampe commune, la pré-injection de quelques millimètres cube de combustible, avant le point mort haut, permet de préparer l'amorçage de la combustion avant l'injection du débit principal. La pré-injection est activée à faible charge et aux phases transitoires jusqu'à un régime moteur déterminé. - l'injection principale, Le débit injecté dans le cylindre est variable suivant la pression dans la rampe et le temps d'ouverture de l'aiguille d'injecteur. La pression dans la rampe fait varier notamment la quantité de combustible injectée par degrés de rotation du vilebrequin, le taux d'introduction et la finesse de pulvérisation. Le temps d'ouverture de l'aiguille fait varier la durée angulaire d'injection. On peut noter que la levée d'aiguille ainsi que le diamètre et le nombre de trous dans la buse font partie de données essentielles pour l'élaboration d'un débit. - la post-injection. La post injection succède à l'injection principale pendant la détente des gaz. Un produit additif mélangé avec le combustible permet le nettoyage du filtre à particules. Refroidisseur de carburant La pompe haute pression lamine le carburant provenant de la pompe de gavage : la température du carburant s'élève. Le refroidisseur de carburant refroidi le carburant lors du retour au réservoir. Il est constitué d'un serpentin métallique qui favorise l'échange thermique entre le carburant et l'air et est fixé sous la carrosserie. Schéma électrique 1 - Bougies de préchauffage ; 2 - Boîtier pré/post chauffage ; 3 - Débitmètre d'air avec sonde de température intégrée ; 4 - Papillon EGR ; 5 Capteur référence cylindre ; 6 - Sonde de température carburant ; 7 - Electrovanne EGR ; 8 Electrovanne régulation de pression du turbo compresseur ; 9 - Désactivateur du 3ème piston de la pompe haute pression ; 10 - Capteur de recopie de la position de la pédale d'accélérateur ; 11 Capteur de haute pression ; 12 - Capteur de pression d'air de suralimentation ; 13 - Capteur température d'eau moteur ; 14 - Injecteur 1 ; 15 Injecteur 2 ; 16 - Injecteur 4 ; 17 - Injecteur 3 ; 18 - Contacteur d'embrayage ; 19 - Capteur de régime moteur ; 20 - Connecteur diagnostic ; 21 - Fonction climatisation réfrigération ; 22 - Réchauffeur d'eau moteur ; 23 - Fonction refroidissement moteur ; 24 - Voyant de préchauffage ; 25 - Fonction antiblocage de roues ; 26 - Fonction anti-démarrage codé ; 27 - Capteur vitesse véhicule ; 28 - Régulateur de haute pression carburant ; 29 Relais double multifonctions contrôle moteur ; 30 - Contacteur à inertie ; 31 Pompe de gavage et jauge à carburant ; 32 - Voyant défaut ; 33 - Voyant température d'eau ; 34 - Calculateur avec capteur de pression atmosphérique intégré Subaru Diesel Commonrail MOTEUR DIESEL HDI (source PSA) Moteur DW10 à injection directe à haute pression (HDI) Bosch L - Circuit basse pression carburant M - Circuit haute pression carburant N - Circuit retour au réservoir à carburant 47 - Réservoir à carburant ; 48 Réchauffeur de carburant 49 - Filtre à carburant + décanteur d'eau + régulateur de pression du circuit basse pression 50 - Régulateur haute pression carburant sur pompe haute pression carburant 51 - Pompe haute pression carburant ; 52 -Désactivateur du 3ème piston de pompe haute pression carburant 53 - Rampe d'injection commune haute pression carburant ; 54 Injecteur diesel (électrohydraulique) 55 - Sonde de température carburant ; 56 - Capteur haute pression carburant ; 57 Refroidisseur de carburant 58 -Pompe de gavage (basse pression) Filtre à carburant Le filtre à carburant assure une filtration des impuretés au-delà de 5 microns. j -Entrée carburant (venant de la pompe à carburant) k - Entrée carburant réchauffé (boîtier de sortie d'eau) l - Sortie carburant (vers boîtier de sortie d'eau) m - Sortie carburant filtré (vers pompe haute pression carburant) n - Sortie carburant filtré (vers le réservoir à carburant) 59 - Vis de purge (présence d'eau dans le carburant) 60 - Elément thermostatique 61 - Filtre à gazole 62 - Régulateur de basse pression Réchauffeur de gazole Le carburant est réchauffé par l'intermédiaire du circuit de refroidissement (sur boîtier de sortie d'eau). La température du carburant est régulée par un élément thermostatique (intégré au bol de filtre). ELément thermostatique (60) L'élément thermostatique est constitué d'un bilame qui se déforme en fonction de la température du carburant. Température carburant inférieure à 15° C : - l'élément thermostatique est décollé de son siège, - le carburant est réchauffé au contact du boîtier de sortie d'eau. Température carburant comprise entre 15° C et 25° C : - l'élément thermostatique est partiellement décollé de son siège, - une partie du carburant est réchauffée. Température carburant supérieure à 25° C : - l'élément thermostatique est en appui sur son siège, - le carburant passe directement vers l'élément filtrant. Régulateur basse pression La pompe de gavage génère une pression d'alimentation de 2 ± 0,4 bars. Le régulateur basse pression contrôle la pression de carburant dans le circuit basse pression (tarage spécifique = 1,25 +/- 0,25 bars). INJECTEURS PIEZO-ELECTRIQUES (source Siemens SID 801) Les injecteurs raccordés à la rampe commune rail sont pilotés électriquement par le calculateur de contrôle moteur. Ils injectent et pulvérisent le carburant nécessaire aux différentes phases de fonctionnement du moteur L'injecteur lui-même est similaire au modèle classique à trous. En revanche, le porte-injecteur est surmonté d'un actuateur piézoélectrique de commande (a) fixé par un gros écrou (b). L'ouverture des injecteurs est obtenue par un effet de pression différentielle sur la tête de l'injecteur. L'actuateur piézo-électrique est composé de plusieurs centaines de couches de Quartz. Ce cristal à la propriété de se déformer lorsqu'il reçoit une impulsion électrique, c'est l'effet "piézo inversé". La commande par piézo-électrique permet d'obtenir des temps de commutation très courts. Ce type de commande rapide et précise permet de doser très précisément la quantité de carburant injectée afin d'assurer une combustion plus "douce" et plus précise du moteur diesel. a - actuateur piézo-électrique ; b - écrou de serrage ; e - raccord haute pression ; d - retour carburant ; e - connecteur ; f - levier amplificateur g - piston de commande ; h - champignon de fermeture ; j - piston de commande de l'aiguille ; j - aiguille d'injecteur ; k - chambre de haute pression aiguille l - trou de l'injecteur (5) ; m - filtre laminaire ; n - volume de commande ; o ressort de rappel L'effet piézo Phénomène électromécanique découvert par Pierre et Paul Jacques Curie en 1880. Lorsque certains cristaux (par exemple quartz, tourmaline, céramique) sont soumis à des contraintes mécaniques orientées convenablement, il apparaît sur les faces opposées de ceux-ci des charges électriques contraires. Le champ électrique qui en résulte a une direction différente suivant qu'il s'agit de pression ou de traction. Ce phénomène est réversible, c'est-à-dire que l'application d'une tension électrique sur de tels cristaux entraîne des déformations mécaniques (dilatation ou contraction). Celles-ci sont suffisamment fortes pour pouvoir être exploitées. Les applications de ce phénomène sont de deux types : celles qui utilisent la tension électrique produite par un phénomène exerçant des contraintes mécaniques (par exemple, jauge de contrainte, accéléromètre, appareil de mesure de pression, microphone, etc.) et celles qui requièrent la production de forces mécaniques (par exemple, montre, générateur ou récepteur d'ultrasons), dont une application importante est le sondage des fonds marins. Effet piézo Si on compresse le matériau, on relèvera une certaine tension à ses bornes. Et inversement, si on étire ce même matériau, on aura une tension de sens inverse. Effet piézo inverse Si une tension est appliquée sur le matériau, il s'ensuit un allongement du cristal. Et inversement, si une tension de sens inverse est appliquée sur ce matériau, il s'ensuit une contraction du cristal. Une fois déformé, le cristal a besoin d'une nouvelle impulsion de sens inverse pour retrouver son état initial. Donc, en appliquant un courant alternatif, le cristal se compresse et s'étire. Ce sont ces oscillations qui vont produire le son dans une application d'avertisseur (ou buzzer). Convenablement coupés, ces cristaux ont une fréquence de résonance mécanique bien définie et stable. Dans le cas des injecteurs piézo-électriques les deux effets sont combinés : Une première couche de quartz est alimentée par le calculateur de contrôle moteur (sous 70 volts), la déformation engendrée va contraindre mécaniquement à son tour la couche adjacente à cette dernière : déformèe mècaniquement elle va fournir une tension. Cette tension va s'ajouter à la tension d'alimentation fournie par le calculateur. Ainsi le phénomène va se reproduire environs 200 fois (suivant le nombre des couches de quartz). Donc dans le cas des injecteurs piézo-électriques, la tension entraîne une déformation qui à son tour entraîne une tension. Ainsi on passe d'une tension d'alimentation de 70 volts à 140 volts et on obtient une déformation d'environs 50 mm. Principe de la levée d'aiguille d'un injecteur La haute pression délivrée par la pompe haute pression (pression rail) pénètre dans l'injecteur par le raccord. Un filtre laminaire intégré au raccord empêche le passage d'éventuelles impuretés. L'aiguille d'injecteur est soumise à trois efforts : F1 = Effort exercé sur le piston de commande par la pression régnant dans le volume de commande. F2 = Effort exercé sur la section de l'aiguille d'injecteur par la HP rail. FR = Tarage du ressort de rappel de l'aiguille d'injecteur (constant). De l'équilibre de ses trois forces dépend la position de l'injecteur. Moteur à l'arrêt Le carburant retenu dans le rail et les tubes HP est à la pression atmosphérique. Le piézo-électrique de commande est au repos : le champignon de fermeture (b) obture le canal de retour. L'aiguille d'injecteur est appliquée sur son siège par son ressort de rappel (o). Dans ce cas : F1 = Pression atmosphérique sur le piston de commande. F2 = Pression atmosphérique sur la section de l'aiguille. FR = Tarage du ressort FR > F1 + F2 : Injecteur fermé Moteur tournant - injecteur non commandé Le piézo-électrique de commande n'étant pas alimenté, le champignon de fermeture (b) obture le canal de retour grâce à son ressort de rappel (p). La haute pression s'installe identiquement dans la chambre de pression (k) et dans le volume de commande (n) à travers le gicleur (Z). Cette pression est la même partout, le canal de retour (d) étant obturé par le champignon de commande (h). La surface de contact du piston de commande (i) étant plus importante que la surface de contact au niveau de la pointe de l'aiguille, injecteur w reste fermé par son ressort de rappel (o). Dans ce cas : F1 = Pression rail sur le piston de commande. F2 = Pression rail sur la section de l'aiguille. FR = Tarage du ressort F1 + FR > F2 : Injecteur fermé Moteur tournant - Injecteur commandé Au moment opportun, le calculateur alimente l'actuateur piézoélectrique sous une tension de 70 volts (courant de 10 A). La décontraction du piézo lors de l'activation est de l'ordre de 50 mm, le levier amplificateur (f) permet de multiplier par deux la course du Piézo. L'actuateur piézo, via le levier amplificateur (f), déplace le piston de commande (g) sur le champignon de fermeture (h). La chambre de commande (n) est alors en communication avec le circuit retour de carburant au réservoir. Il s'ensuit une chute de pression dans la chambre de commande donc une chute de la force hydraulique (F1). L'équilibre entre la pression exercée sur l'aiguille (F2) qui n'a pas variée et la pression dans la chambre de commande (F1) est rompu. L'aiguille d'injecteur (j) s'ouvre sous une pression rail d'environ 160 bars. Une fois l'injecteur ouvert le carburant arrive dans la chambre de combustion par les 5 orifices de pulvérisation. Dans ce cas : F1 = Pression retour sur le piston de commande. F2 = Pression rail sur la section de l'aiguille. FR = Tarage du ressort. F2 > F1 + FR : injecteur ouvert L'injection dure aussi longtemps que l'actuateur piézo-électrique reste décontracté. Remarques : Les deux gicleurs (Y) et (Z) introduisent le retard nécessaire au bon fonctionnement. Le volume repoussé par le piston de commande et le volume passant à travers le gicleur (Z) doivent s'écouler à travers le gicleur (Y). Donc (Y) est plus grand que le gicleur (Z). De ces deux orifices dépendent les vitesses d'ouverture et de fermeture. Le débit injecté par l'injecteur dépend : - du temps écoulé entre l'activation du Piézo et la désactivation du piézo (T1), - de la pression rail, - de la vitesse d'ouverture et de fermeture de l'aiguille (rapport des gicleurs Y et Z), - du débit hydraulique de l'injecteur (nombre et diamètres des trous...). Le temps d'injection et la pression rail peuvent être choisi librement par le calculateur contrôle moteur, les autres paramètres sont déterminés lors de la fabrication de l'injecteur. Fonctionnement de la commande d'injecteur L'étage de puissance du calculateur relié aux injecteurs comporte : - un hacheur électronique, il fournit la tension Boost de 70 volts, - trois transistors de commutation (T1, T2, T3) commandés par le calculateur, - deux condensateurs Cl (un pour 2 injecteurs) Afin de simplifier le fonctionnement d'un injecteur piézo-électrique on remplacera celui-ci par son schéma équivalent. Dans ce type de montage il s'agit d'un condensateur et d'une résistance branchés en série. a - Ouverture de l'injecteur Au moment de l'injection le calculateur moteur ferme les transistors T1 et T3, l'injecteur piézo-électrique se charge, il s'établit alors un courant de charge de 10 A. Ce temps de commutation très court (environ 200 micros secondes) est le temps nécessaire à la décontraction totale du piézo donc à l'ouverture de l'injecteur. C'est le temps nécessaire à l'établissement dune tension de 140 volts aux bornes de l'injecteur et à la charge du condensateur C1. b - Maintien de l'ouverture de l'injecteur Après le temps de commutation (env. 200 ms), le calculateur moteur ouvre le transistor T1, le courant de charge cesse. L'injecteur Piézo-électrique reste chargé par C1. La durée de maintien est gérée par le calculateur moteur Elle correspond à la durée d'injection (Ti) déterminée par avance en fonction du débit à injecter. c - Fermeture de l'injecteur La fermeture de l'injecteur est déterminée par le calculateur de contrôle moteur. Il va fermer au moment opportun le transistor T2 qui engendre la décharge de l'injecteur et du condensateur C1 via T2 avec un courant de décharge en sens inverse d'environ 10 A. Après une période de décharge très rapide (environs 200 ms), l'actuateur piézo-électrique retrouve sont état initial. L'injection de carburant cesse. Le calculateur ouvre les transistors T2 et T3 et le système retrouve sont état initial. Réalisatiion d'une injection Le système "HDi SID 801" diminue le délai d'inflammation grâce à : - la pression d'injection très élevée, qui permet une pulvérisation très fine. - la commande des injecteurs rapide, indépendante et variable. Elle autorise plusieurs injections rapprochées au cours d'un cycle sur un même cylindre - une injection pilote, ou pré-injection (réduction du bruit et des émissions des fumées), - une injection principale. La quantité de gazole pré-injectée représente 1 à 2 % du débit de l'injection principale en pleine charge. Le décalage de l'injection pilote avec l'injection principale est d'environ 1 milliseconde, cet écart angulaire augmente avec le régime moteur L'injection pilote est présente jusqu'aux environs de 3000 tr/min. Détermination du débit théorique Afin de déterminer le volume de carburant théorique à injecter (calcul du débit total formé par l'addition du débit de l'injection pilote et du débit de l'injection principale), le calculateur de contrôle moteur: prend en compte les indications des capteurs principaux : position de la pèdale d'accélérateur, températures (eau de refroidissement, gazole), régime du moteur, pression atmosphèrique, dèbit d'air d'admission et sa tempèrature. prend en compte les indications des capteurs secondaires, ou liées aux options : débit d'EGR, capteur de vitesse en sortie de boîte, interrupteurs des pédales de freins et d'embrayage. détermine la phase de fonctionnement dans la quelle le moteur se trouve : démarrage (le moteur est entraîné par le démarreur), ralenti, marche normale (Amortissement des àcoups, régime maxi autorisé). Détermination du début de l'injection Une cartographie débit injecté / régime moteur dans le calculateur de contrôle moteur permet de déterminer le début de l'injection principale avant le PMH. La valeur d'avance est ajustèe en permanence en fonction de la pression atmosphérique, de la température de l'air et de la température de l'eau. Détermination de la pression de consigne Une cartographie "débit injecté = f(régime moteur)" dans le calculateur de contrôle moteur permet de déterminer la pression rail adéquate. Elle est ajustée en permanence en fonction du couple "charge / régime" pour assurer la meilleure combustion. Filtre à particules - Le Diesel à la chasse aux particules (Vincent Desmonts, l'Argus de l'Automobile, 27.1.2005) A peine les normes Euro IV sont-elles entrées en vigueur que les moteurs Diesel doivent penser à leur prochaine révolution. En 2010, pour continuer à circuler, ils devront émettre dix fois moins de particules. Le 1er janvier, nous sommes entrés dans une nouvelle ère en matière de dépollution. Depuis cette date, tous les véhicules neufs vendus dans l'Union européenne doivent en effet répondre à la norme Euro IV. Un changement qui, s'il est passé inaperçu aux yeux des acheteurs, a nécessité de gros efforts de la part des constructeurs afin de réduire les émissions de leurs modèles, notamment celles des versions Diesel. Le but étant de diviser par deux les rejets d'oxydes d'azote et de particules ! Facture alourdie. Mais cela n'est rien en comparaison des futures normes. D'ici 2010, la Commission européenne souhaite réduire par cinq les émissions de particules des voitures Diesels ! La norme actuelle autorisant des rejets maximaux de 25 mg/km, les "mazout""de demain ne devront pas dépasser 5 mg/km. Un saut technologique difficile à réaliser, d'autant que, pour assurer cet objectif de 5 mg/km sur toute la durée de vie du véhicule, il faudra plutôt viser les 2,5 mg/km, soit... dix fois moins qu'aujourd'hui. Ce qui impliquera d'opter pour des solutions techniques coûteuses, qui alourdiront d'autant la facture pour l'acheteur. Cette inflation viendra s'ajouter à celle du prix du gazole, qui, de taxation alourdie en coûts de raffinage de plus en plus élevés, poursuivra sa hausse. En effet, l'Etat a l'intention de continuer le rattrapage fiscal par rapport à l'essence, tandis que des normes de qualité toujours plus strictes sur les carburants pèseront sur le prix hors taxes. Agrément. De plus en plus propre, le Diesel deviendra également de plus en plus cher. En face, les moteurs à essence pourraient bien tenir leur revanche, en pillant sans complexe les techniques inventées pour les moteurs au gazole. La famille de blocs récemment présentée par BMW et PSA (1,6 l de 75 ch et 110 ch) en est l'illustration : dotés d'une rampe commune et d'un turbocompresseur, ces moteurs à essence allient à leurs faibles cylindrées performances et sobriété. Comme les meilleurs Diesel... l'agrément en plus. Euro 1 Euro 2 Euro 3 1993 1996 2000 Essence CO 4.05 HC + NOx 0.97 CO 2.72 HC 0.97 NOx Particules 3.28 0.5 Euro 4 2005 2.3 1 0.35 0.18 Diesel 0.64 0.5 0.06 0.05 - 1 0.7 - 0.5 0.25 - - 0.05 0.025 Principe de régénération des particvules Principe de la filtration des particules Le but du système Filtre à Particules est de réduire les émissions de particules rejetées dans l’atmosphère par les moteurs : fumées noires (suies) émises en pleine charge ou lors de fonctionnements transitoires. Le Filtre à Particules est un filtre placé sur la ligne d’échappement qui permet de diminuer la pollution des véhicules Diesel en filtrant et piégeant au moins 95% des particules et des éléments solides des gaz d’échappement. Cependant, les suies provenant de l’échappement, ainsi que les résidus issus de l’huile et de l’usure du moteur s’accumulent dans le filtre, et le colmatent. Une régénération du filtre, c’est à dire une combustion des suies, est alors nécessaire. A très forte charge et en roulage très rapide, le filtre à particules se régénère naturellement, En conditions urbaines, la fréquence insuffisante des régénérations conduit, en raison d’un colmatage excessif du FAP, à : - la destruction du filtre (après 2 000 à 3 000 km de roulage), - des pénalités importantes en terme de consommation, de performance et d’agrément de conduite. Il faut donc aider le filtre à se régénérer dans ces conditions. Le principe d’aide consiste à détecter l’encrassement du filtre, et à augmenter suffisamment les températures en amont du FAP (grâce à la post-injection), de l’ordre de 550-600°C, pour provoquer et entretenir la combustion des suies. Comme une trop forte augmentation de la température peut entraîner une destruction du FAP, on utilise donc un additif (cérine + solvant) pour abaisser la température de combustion des suies (environ 450°C). Celui-ci doit être intimement mélangé aux suies pour être efficace, C’est pourquoi il est nécessaire que le carburant injecté dans la chambre de combustion soit additivé. L’utilisation d’un carburant non dosé ou sous dosé en additif entraîne à court terme la destruction du FAP. L'encrassement du filtre se détecte par la perte de charge aux bornes du FAP due à l’accumulation des éléments solides. Toutefois, la cérine présente dans l’additif se dépose également dans le FAP et à terme, le colmate, Cette obstruction lente provoque une augmentation de la perte de charge aux bornes du filtre qui doit être prise en compte pour modifier les seuils de déclenchement / arrêt de la régénération, 8 Ensemble des capteurs de contrôle du FAP 9 Moteur HDi 10 Système d’injection HDi 11 Silencieux arrière Le système d'additivation 1 Calculateur de contrôle moteur 2 Calculateur d’additivation 3 Réservoir additif + pompe doseuse 4 pipette d’additif (diffuseur) 5 Pompe jaune à carburant 6 Ensemble catalyseur + FAP 7 Pré-catalyseur Le système d’additivation de gazole est un système embarqué qui injecte à chaque remplissage du réservoir à carburant une quantité d’additif (cérine + solvant) proportionnelle au volume de carburant introduit dans le réservoir. Il est composé : - d’un calculateur spécifique qui gère la fonction additivation, - d'un module injecteur / régulateur de pression rapporté sur le réservoir principal, - d’un réservoir d’additif équipé d’une pompe doseuse et un dispositif de détection de niveau mini. Calculateur d'additivation carburant Il a pour rôle de : - détecter et mesurer l’ajout de carburant, - Calculer la masse d’additif à injecter. - injecter l'additif (l'additivation est effectuée après le démarrage du moteur). - mettre à jour la quantité d'additif dans le filtre (valeur stockée = masse de cérine injectée + masse de cérine à injecter au prochain démarrage). - détecter le niveau mini dans le réservoir d’additif (informer le calculateur d'additivation que la quantité d'additif restant dans le réservoir a atteint le niveau minimum). - calculer et surveiller le niveau d'additif quand le minimum est atteint. - détecter les défaillances du système (détection des défaits électrique et cohérence des actionneurs et capteurs du système). L’injeotion du carburant est réalisée par un diffuseur implanté dans le réservoir à carburant et par une pompe doseuse implantée dans le réservoir d’additif. Si la vitesse véhicule ne dépasse pas les 20 km/h la quantité d’additif à injecter sera stockée par le calculateur d’additivation. De même si la vitesse véhicule redevient inférieure à 20 km/h avant la fin de l’additivation la quantité d’additif à injecter restante sera stockée par le calculateur d’additivation. Elle sera injectée lorsque la vitesse véhicule sera supérieure à 20 km/h. Réservoir d’additivation La capacité du réservoir d’additif est de 4 litres. Cette quantité permet dans des conditions de roulage normales de parcourir plus de 80.000 km. Activation des consommateurs électriques Cette activation gérée sur demande du calculateur de contrôle moteur, participe à la mise en condition du moteur en vue de la postinjection et facilite la régénération dans le filtre lorsque la charge du moteur est faible. En saturant la production d’énergie électrique, l’activation des consommateurs électriques va augmenter le couple résistant du moteur et donc déplacer le point de fonctionnement moteur dans une zone charge / régime favorisant la combustion de la post-injection. Exemple des consommateurs retenus par ordre de consommation croissante : - lunette chauffante (env. 20 A) - GMV petite vitesse (env. 10 A) - GMV moyenne vitesse (env. 15 A) - bougies de préchauffage (env. 40 A), sollicitées en dernier lieu et pour une durée limitée, pour des raisons de fiabilité. Pour les véhicules équipés d’une boite de vitesses automatique (BVA), et pour faciliter la régénération lorsque la charge du moteur est trop faible, le calculateur moteur demande au calculateur de BVA d’augmenter la pression du circuit hydraulique de la boite de vitesses (on passe de 8 bars à 17 bars). Post-injection Lors de la post-injection le carburant est injecté après le Point Mort Haut entre 20° et 120° vilebrequin. Ce retard dans le cycle permet à la post-injection de : - augmenter la température des gaz d’échappement en brûlant le combustible tardivement, - produire des imbrûlés afin d’augmenter le rendement thermique du catalyseur. La température de la ligne d’échappement s’élève progressivement jusqu’au seuil de régénération des particules dans le filtre, Une fois le seuil de régénération atteint, la post-injection est maintenue un certain temps afin de favoriser l’élimination complète des particules polluantes. Le débit et le temps de post-injection sont déterminés par des cartographies tenant compte des conditions de fonctionnement moteur et du niveau d’aide souhaité. Incidences sur le fonctionnement moteur A régime et charge constante, l’activation des consommateurs et la post-injection entraînent une augmentation du couple moteur. Pour conserver le même agrément de conduite et éviter des à-coups moteur lors de l’activation de l’aide à la régénération, le logiciel du calculateur d’injection intègre les stratégies suivantes : - réduction du débit d’injection principale, - régulation de la pression de suralimentation en boucle fermée, La réduction du débit d’injection principal permet d’annuler le surcroît de couple dû à la post-injection Pour rester au même couple moteur pendant l’aide à la régénération, la pression de suralimentation est régulée. La pompe haute pression carburant fonctionne sur 3 pistons pendant l’aide à la régénération dans le but de garantir le débit nécessaire à la post-injection.
