Les techniques d’injection diesel connaissent depuis quelques années une réelle révolution. L’apparition sur le segment des voitures particulières de l’injection directe haute pression a permis le développement de nouvelles techniques, motivées par l’avènement de normes d’émission plus sévères et par les exigences de la clientèle. Dans le carde des équipement liés à l’injection à rampe commune, le porte injecteur et le nez d’injecteur ont dû être adaptés pour pulvériser au mieux le gasoil et limiter les dispersions jet à jet et cycle à cycle. Ces fluctuations incontrôlées étant des sources de formation de polluants, et de surconsommation. Double guidage
Les aiguilles des injecteurs sont désormais à double guidage. La levée est mieux maîtrisée, par l’intermédiaire d’un meilleur suivi de l’axe théorique du mouvement de l’aiguille. Les efforts qu’elle subit au cours de l’injection sont mieux répartis. De plus, en étant guidée à deux endroits de sa course, ses vibrations sont limitées. Les jets sont alors plus reproductibles cycle à cycle, et ont chacun un débit plus constant au cours de la vie du système d’injection.
Figure A2- 1: Double guidage de l’aiguille.
Injecteur à sac/ Injecteur VCO
Du point de vue de la sensibilité aux émissions normalisées, les équipementiers d’injection haute pression diesel ont beaucoup travaillé sur la définition du petit volume mort, appelé « sac », présent à la base de l’aiguille quand elle repose sur son siège.
L’augmentation de la contenance de ce « sac » dégrade les émissions d’hydrocarbures imbrûlés. En effet, lors de la fin de l’injection, lorsque l’aiguille est retombée, ce volume se déverse dans le cylindre à faible pression d’injection. Cette fraction de carburant brûle très lentement et de manière incomplète. Par contre, si son volume est trop réduit, l’aiguille vient obstruer l’orifice débitant. On emploie alors le terme de VCO pour Valve Covered Orifice. Dans ce cas, pour des décharges faibles et moyenne, l’aiguille n’est que partiellement levée. Les jets deviennent très dissymétriques, induisant une forte augmentation de l’émission de particules à l’échappement. En effet la répartition du carburant dans la chambre étant changée, des zones très riches apparaissent favorisant la formation de suies.
Différents compromis sont alors proposés, regroupés sous la terminologie de mini et micro-sac suivant l’importance en volume de ce dernier. Son augmentation tend à limiter l’émission de suies à charges partielles, mais augmente le niveau d’imbrûlés émis.
Actuellement sur le marché, tous les moteurs de cylindrée unitaire inférieure ou égale à 500 cm3 sont munis d’injecteur s de type VCO.
Figure A2- 2 : Comparaison des architectures en VCO, Micro-Sac ou Mini-Sac. Un ordre de grandeur du volume du sac (orifice débitants compris, soit ∼0.088 mm3) et de la symétrie moyenne des sprays sont
respectivement indiqués (d’après Potz et al., 2000).
Facteur k : buses à profil conique
Les progrès en terme d’usinage de buses ont par ailleurs permis une réduction du diamètre de chaque orifice, et une meilleure qualité de fabrication. Les diamètres courants sont maintenant de 160 µm alors qu’en 1997 les buses de 200 µm n’étaient encore que des prototypes. La réduction de la section de passage et l’augmentation de la pression d’injection sont en effet deux principaux facteurs intervenant en faveur d’une meilleure pulvérisation des sprays dans
Micro-Sac
VCO Mini-Sac
Afin de garantir une bonne perméabilité du nez d’injecteur, c'est-à-dire une bonne faculté à injecter une grande quantité de gasoil en un temps donné, il a fallu limiter les phénomènes de cavitation, et de pertes de charge en général, à l’intérieur de la buse. De nouveaux injecteurs ont alors fait leur apparition, dotés de buses à profil conique, quantifié par le facteur « k ». Le canal a une section qui se rétrécit vers la chambre de combustion. De cette manière, les pertes de charge au niveau du corps du nez d’injecteur sont limitées, et la cavitation minimisée. Cependant cette géométrie est très sensible à l’encrassement des orifices débitants.
L’usinage est effectué par des décharges électriques (EDM pour Electro Discharge Machining), ce qui permet une bonne finition et une précision de l’ordre du micron. La buse ainsi usinée est ensuite hydro-érodée (HE) afin d’affiner son débit théorique et la tolérance admise en réduisant les angles vifs. Potz et al (2000) annoncent ±2% d’erreur sur les valeurs de débit par rapport à la consigne.
Figure A2- 3 : Concept de buse à facteur K. En pointillé : après EDM, en traits pleins : après EH.
Siège ZHI
L’avènement de l’électronique de puissance dans le pilotage des injecteurs a permis le développement de stratégies nouvelles d’injection. Il est désormais courant d’avoir trois phases successives d’introduction de la charge dans la chambre de combustion voir plus, qualifiées respectivement d’injection pilote, d’injection principale et de post-injection. Les quantités injectées pour une unique commande d’injecteur ont ainsi tendance à diminuer. Ceci nécessite par conséquent une maîtrise accrue des débits injectés pour les faibles levées.
Par ailleurs, de nouvelles forme de sièges ont alors fait leur apparition tolérant mieux les déformations du corps de l’injecteur face aux forts gradients de pressions subis lors d’une injection. De cette manière, les faibles levées sont mieux pilotées, le siège étant toujours d’une forme optimale (Potz et al. 2000).
Figure A2- 4 : Comparaison entre un siège standard à double conicité (à gauche) et un profil ZHI (à droite) (d’après Potz et al., 2000).