Moteur thermique

Depuis son invention, l’automobile fonctionne majoritairement à l’aide d’un moteur thermique à combustion interne, à 4 temps. Ce sont les 4 temps nécessaires au cycle de transformation de l'énergie chimique contenue dans le carburant en énergie mécanique. Chaque temps correspond à un demi-tour de rotation du vilebrequin (une montée ou une descente du piston). Les temps 1 et 4 sont consacrés aux transferts des gaz (admission des gaz frais et échappement des gaz brûlés), les temps 2 et 3 sont les temps nécessaires à la préparation et à la réalisation de la combustion et à sa transformation en énergie mécanique.

LE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR À COMBUSTION INTERNE

Pour un moteur à allumage commandé et à injection indirecte, les 4 temps sont :

1 Admission : Le piston descend et aspire le mélange air-carburant.

2 Compression : Le piston remonte comprimant le mélange air-carburant, une étincelle est générée pour enflammer le mélange (Moteur essence). Pour le moteur diesel la compression augmente la température par la pressurisation de l'air. Le carburant s'enflamme alors spontanément au contact de l'air brûlant comprimé, produisant une force (pression) qui pousse le piston vers le bas..

3 Combustion : Le piston est repoussé vers le bas, l’énergie chimique est transformée en énergie mécanique.

4 Échappement : Le piston remonte et évacue les gaz brûlés. (vidange des gaz brûlés du cylindre).

Combustion à 4 temps diesel	Combustion à 4 temps essence (Gasoline DI)

Un moteur automobile à combustion interne est constitué, en général, de plusieurs chambres de combustion. Chacune d'entre elles est délimitée par la culasse, le cylindre et le piston. L'architecture du moteur repose également sur une cinématique bielle-manivelle qui permet de transformer un mouvement rectiligne alternatif (déplacement du piston) en un mouvement rotatif (rotation du vilebrequin). La combustion du mélange carburé (mélange air-carburant) dans la chambre se traduit, à chaque cycle, par une élévation de la pression des gaz qui permet de mettre en mouvement le piston et le système bielle-manivelle. Le vilebrequin étant connecté aux organes mécaniques de transmission (boîtes de vitesses, arbres de transmission, etc.), son mouvement permet d'entraîner les roues du véhicule. La boîte de vitesses permet d'adapter la vitesse de rotation des roues à celle du moteur. Les performances d'un moteur dépendent, en premier lieu, de la quantité d'énergie dégagée par la combustion, donc de la quantité de mélange carburé présente dans la chambre de combustion. Celles-ci sont ainsi directement liées au volume de la chambre (cylindrée unitaire), au nombre de chambres ou cylindres du moteur (cylindrée totale) et à la quantité de carburant injecté.

Le système d'injection

Il existe deux principaux systèmes d’injection :


Le système classique
où la pompe à injection est directement reliée à chacun des injecteurs. Elle envoie sous pression du carburant à chacun d’entre eux. Un calculateur contrôle et ouvre les injecteurs au moment adéquat. Le système est simple et fiable, mais rend le moteur plus bruyant et les vibrations plus intenses.
Dans le cas d'une injection standard, une pompe à injection est directement reliée à chacun des injecteurs. Cette pompe va alors envoyer sous pression du carburant à chacun d'entre eux. Un calculateur s'occupe ensuite de contrôler les injecteurs pour les ouvrir au bon moment. L'avantage est d'être assez fiable du fait de sa relative simplicité. Hélas, il rend le diesel un peu plus vibrant et bruyant en raison d'une combustion assez simpliste (on envoie du carburant au 3ème temps du moteur et puis c'est tout).





Le système à rampe commune « common rail »
Dans ce système, les injecteurs sont alimentés par une rampe commune et pilotés électroniquement par un calculateur d’injection. L’injection « common rail » se comporte comme un accumulateur de carburant qui permet d’obtenir une pression d’injection plus élevée et une meilleure répartition du carburant dans les cylindres. La caractéristique principale d'un système d'injection common rail réside dans la présence d'un unique accumulateur à haute pression, pouvant aller jusqu'à 2000 bars à pleine charge, pour l'alimentation des injecteurs. Dans les moteurs précédents, à injection directe ou indirecte, une pompe à basse pression amenait par un conduit le carburant aux injecteurs-pompes, ces derniers étant mus par un arbre à cames.


Les systèmes d'injection common rail utilisent principalement des injecteurs piézoélectriques ou à solénoïde qui permettent de contrôler très précisément la quantité et la chronologie de l'injection du carburant dans chaque cylindre. La commande de ce type d'injecteur se fait électriquement Étant donné que la pression d'injection est donnée en amont, on devrait parler de soupape d'injection, bien que le terme d'injecteur soit toujours utilisé. Les soupapes d'injection à solénoïdes ou piézoélectriques permettent un contrôle électronique de la durée de l'injection ainsi que de la quantité exacte de carburant à utiliser. De plus, la haute pression permet une meilleure répartition du nuage de carburant dans chaque cylindre. Pour réduire le bruit de fonctionnement du moteur, une infime quantité de carburant est injectée avant l'injection principale. Cette solution appelée pré-injection, permet au carburant de commencer à brûler en un point particulier de la chambre de combustion, à la différence des moteurs diesel qui en sont dépourvus, dans lesquels on a plusieurs points d'allumage non maîtrisés. De ce fait, les moteurs équipés du système common rail sont plus silencieux et ne connaissent plus de pics de pression en obtenant une combustion beaucoup plus régulière; ils permettent une nette diminution des émissions de gaz non brûlés et de la consommation d'environ 15 % avec une hausse des performances de 12 %. Le système de pré-injection donne au common rail un ressenti beaucoup plus semblable aux moteurs à allumage commandé, comme les traditionnels moteurs à essence.

Quel est l’intérêt de l’injection par rampe commune ?
L’injection common rail (par rampe commune) permet une meilleure maîtrise de la combustion entraînant une baisse de la consommation et une réduction des émissions polluantes. Le système common rail permet de concevoir des moteurs moins bruyants grâce à des pré-injections de carburant qui permettent d’éviter les phénomènes de « claquement ». De plus, la rampe rend les motorisations diesel moins gourmandes en carburant et plus performantes à cylindrée égale grâce à une puissance maximale à plus faible régime.

Ces performances sont obtenues grâce :

à une très haute pression d’injection
la pulvérisation du carburant extrêmement fine la vaporisation immédiate du carburant qui entraîne une très bonne qualité de mélange avec l’air
la précision de l’injection (début et fin) et de la quantité de carburant injecté
la durée d’injection qui est commandée cylindre par cylindre

Le fonctionnement de l'injecteur

Il existe plusieur types d'injecteurs néanmoins le principe de leur fonctionnement reste identique. L'injecteur est aliment du cardurant sous pression. La pression du carburant en (A) et en (B) est identiquele ressort maintient l'injecteur fermé. Quand l'injecteur est alimenté électriquement, l'électroémant est alimenté. Il ouvert la valve de décharge qui libère le passage du carburant vers le circuit du retour.



La pression du carburant en a chute tandisque la pression du carburant en (B) reste identique. Le désquilibre de la pression repousse l'aiguille de l'injecteur ce que provoqie la pulvérisation du carburant. Une fois l'alimentation électrique est imtérompue l'électroaimant n'est plus alimenté, le ressort ramène l'aiguille de l'injecteur en position fermée. La pression en (A) et en (B) s'équilibre.
Les moteurs les plus sophistiqués peuvent effectuer jusqu'à huit injections par cycle, ils sont appelés Multijet, ainsi nommés par leur inventeur Fiat et Magneti-Marelli.
L'ingénieur italien Alessandro Tripodi, du groupement Fiat/Magneti-Marelli, est l'inventeur du système common-rail. L'Alfa Romeo 156 est la première voiture au monde à être équipée de ce système révolutionnaire. PSA et Mercedes Benz seront les premiers constructeurs étrangers à pouvoir utiliser le common rail, en 1997 quelques mois après le groupe Fiat.

Les symptômes de défaillance des injecteurs

Il existe deux types de déffaillances. Celles qui évoquent un entretien périodique du circuit du système d'injection et celles qui nécessistent le changement des injecteurs voir la pompe d'injection. Le disgnostic via OBD avec des outils performants vous permet d'avoir une idée claire de l'état des injecteurs. Il arrive que le nettoyage des injecteurs des impurtées cumumlées dans le canal d'injection permets de réguler le fonctionnement du système d'injection. Dans tous les cas, c'est un service payant au prix d'un injecteur neuf voir deux injecteurs. Si les causes du disfonctionnement de l'injecteur viennent des composants de la pièce, le changement des injcteurs est innévitable.



Voici donc les principaux symptômes qui mettent en danger le système d'injection

1 Démmarge à froid dufficile


2 Diminution de la puissance du véhicule


3 Fumée noir


4 Secousses ou défaut dâllumage pendant la conduite


5 Surchauffe du moteur


6 Marche au ralenti irrégulière


7 Augmentation de la consommation du carburant


8 Arrêt brusque du moteur

Attention : Rouler avec des injecteurs défaillants vont endommager d'autres pièces

1 Casse du moteur


2 Catalyseur


3 Filtre à particules


4 Pompe à haute pression

Les causes principales de défaillance des injecteurs

1 La contamination du carburant
La contamination du carburant se produit lorsque des débris contenus dans le carburant dépassent la filtration, détruisant les surfaces d'étanchéité. Pensez aux microns, plus petits que la taille d'un cheveu humain. Tous les débris qui passent agissent comme du papier de verre et usent une rainure dans les surfaces d'étanchéité clés jusqu'à ce qu'elles ne fonctionnent plus correctement.

2 La présence d’eau dans le carburant
l’eau provoque de la corrosion. Cela peut soit provoquer des débris dans le système, soit réduire le jeu au niveau du micron entre les pièces, entraînant un collage.

3 Injecteur mal assemblé ou réparé
bagues d'étanchéité manquantes, au couple de serrage inapproprié et au nettoyage inadéquat de la buse. Ceux-ci peuvent entraîner des problèmes de performances, des ratés d’allumage, de la fumée noire et l’apparition du voyant de contrôle du moteur.

4 La limaille


5 l'usure des pièces internes

Pompe d'injection

La première pompe à injection qui fut montée sur un moteur thermique remonte au 1923. Robert Bosch développa la première pompe à injection, commercialisée en série et montée sur le premier véhicule commercial moteur OB2 - Benz & Cie. En 1927, Bosch proposa la première pompe à injection montée sur un véhicule touristique Bebz W136 series 260. Ces premières pompes ressemblent beaucoup à la Bosch P7100 (pompe P) sur les moteurs Cummins Dodge Ram 5,9 L de 1994 à 1998.



Parfois appelées pompes à secousses, elles sont construites à partir d'unités de pompe et de piston séparées connectées en ligne, une par cylindre. Ils sont activés par une came reliée mécaniquement au moteur. Cette pompe ressemble à un mini-moteur à piston. A la différence de la nouvelle Bosch P7100, montée sur les moteurs Cummins de 1994 à 1981/2 qui délivre une pression de 18 000 psi (1240 bar), les premières pompes d'injection délivraient une pression d'injection de 3 000 à 5 000 psi (206 - 344 bar). Ces types de pompes n'ont qu'un seul piston de dosage de carburant. Un rotor en rotation établit une connexion hydraulique avec les différents ports de la tête du distributeur. une pompe rotative électronique est la Bosch VP44, capable de produire 23 000 psi de pression (1585 bar). Il s'agit de la pompe la plus intelligente et la plus responsable, même par rapport aux nouvelles pompes CP3 à rampe commune. C’est le cas car tout ce qu’un CP3 doit faire, c’est créer de la pression. En plus de créer de la pression, le VP44 doit contrôler électroniquement le timing et la quantité de carburant fournie au moteur.

Injection à rampe commune Avec l'injection de carburant à rampe commune, la pompe elle-même a perdu une grande partie de son autorité pour décider quand le carburant qu'elle met sous pression est livré et en quelle quantité. Par exemple, la pompe CP3 reçoit le carburant du réservoir de carburant. Il utilise ensuite une conception à piston radial pour augmenter considérablement la pression. Le carburant sous haute pression est envoyé vers la rampe commune qui est essentiellement un accumulateur pour les injecteurs. Les injecteurs prennent le relais à partir de là.

Injecteurs unitaires Les conduites reliant la pompe d’injection à l’injecteur de carburant ont posé des problèmes aux premiers ingénieurs diesel. Ainsi, en 1905, Carl Weidman s'en débarrassa en passant au peigne fin la pompe à injection et l'injecteur. L'injecteur-pompe est une conception d'injection de carburant compacte dans laquelle le piston de la pompe crée une haute pression par une force mécanique appliquée par le moteur. Le piston et l'injecteur se fondent en une seule unité dont le rôle est de délivrer le carburant pulvérisé vers la chambre de combustion. Les applications les plus courantes des injecteurs-pompes sont les Volkswagen et les gros moteurs diesel.

Structure de la pompe d'injection

La pompe d'injection de carburant est principalement composée de quatre parties : le mécanisme de pompage, le mécanisme de réglage de l'alimentation en carburant, le mécanisme d'entraînement, le corps de la pompe d'injection de carburant. Parmi eux, le mécanisme de pompage du carburant comprend un ensemble piston, un ensemble de soupape de refoulement, etc. ; le mécanisme de réglage de l'alimentation du carburant fait référence au mécanisme de réglage de carburant de type crémaillère ou au mécanisme de réglage de l'huile de type fourchette de changement de vitesse ; le mécanisme d'entraînement comprend l'arbre à cames, l'ensemble de poussoir, etc. ; Le corps de la pompe d'injection de carburant est la base d'installation des trois ci-dessus, il doit avoir une résistance, une rigidité et une étanchéité suffisantes, et être facile à démonter, à ajuster et à entretenir.

Fonctionnement de la pompe d'injection

1. Augmentez la pression d'injection du gazole 100bar~200bar.

2. Contrôler le temps d'injection (synchronisation).

3. Contrôler le volume d'injection de carburant (quantitatif)

En fonction des conditions de fonctionnement du moteur diesel, la pompe modifie le volume d'injection de carburant pour ajuster la vitesse et la puissance du moteur diesel. Pour simplifier les choses, la pompe d'injection est un mini-moteur dont le rôle est de compresser le carburant avant qu'il atteint l'injecteur. La présence d'un piston enfermé souvent par un ressort dans la structure de la pompe explique le mouvement de compression et dépression, régulé par l'arbre à came. La câme synchronise le mouvement et la quantité du carburant présente dans la chambre de pression.





Processus d'aspiration du carburant

le piston est entraîné par la came de l'arbre à cames. Lorsque la partie convexe de la came quitte le piston, le piston descend sous l'action du ressort du piston, le volume de la chambre à gazole augmente et la pression diminue ; lorsque le manchon du piston est allumé Lorsque le trou d'entrée du gazole radial est exposé, le carburant dans la cavité d'huile basse pression s'écoule dans la cavité de la pompe le long du trou d'entrée du gazole. Processus de pompage de gazole

lorsque la partie convexe de la came pousse le piston vers le haut, le volume dans la cavité de la pompe diminue et la pression augmente. Le carburant retourne vers la cavité du gazole basse pression le long du trou du gazole radial sur le manchon du piston ; Lorsque le trou du gazole radial sur le manchon du piston est complètement bloqué, la pression sur la chambre de pompe augmente rapidement ; lorsque cette pression dépasse la force de prétension du ressort de soupape de sortie, la soupape de sortie se déplace vers le haut ; lorsque la soupape de sortie est levée Lorsque la courroie annulaire de décompression quitte le siège de soupape, le diesel haute pression est pompé dans le tuyau de carburant haute pression et injecté dans le cylindre via l'injecteur de carburant. Processus de retour d'huile

à mesure que le piston continue de monter, lorsque la goulotte du piston communique avec le trou d'huile radial sur le manchon du piston, le carburant dans la cavité de la pompe passe à travers le passage d'huile axial sur le piston, obliquement. Le passage d'huile et le trou d'huile sur le manchon du piston retourne vers la chambre d'huile basse pression et l'huile de la pompe s'arrête. ​