Rampe commune

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

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

En 1916, Vickers fut le pionnier de l'utilisation de systèmes mécaniques à rampe commune dans les moteurs de sous-marins de classe G. Pour chaque rotation de 90°, quatre pompes à piston permettaient une pression d'injection constante de 3 000 livres par pouce carré (210 bars ; 21 MPa), l'alimentation en carburant des cylindres individuels étant coupée par des vannes dans les conduites d'injection. De 1921 à 1980, Doxford Engines utilisait un système à rampe commune dans ses moteurs marins à pistons opposés , 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 était assuré par une course de refoulement de pompe réglable et une « soupape de déversement ». Des soupapes de distribution mécaniques actionnées par arbre à cames étaient utilisées pour alimenter les injecteurs Brice/CAV/Lucas à ressort, qui injectaient par le côté du cylindre dans la chambre formée entre les pistons. Les premiers moteurs étaient équipés d'une paire de cames de distribution, une pour la marche avant et une pour la marche arrière. Les moteurs ultérieurs étaient équipés de deux injecteurs par cylindre, et la dernière série de moteurs turbocompressés à pression constante en était équipée de quatre. Ce système était utilisé pour l'injection de diesel et de fioul lourd (600 cSt chauffé à une température proche de 130 °C).

Les moteurs à rampe commune sont utilisés depuis un certain temps dans les applications marines et de locomotives . 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 Common Rail pour les moteurs automobiles a été développé à la fin des années 1960 par le Suisse Robert Huber , et la technologie a été développée par le Dr Marco Ganser à l' École polytechnique fédérale de Zurich, puis par Ganser-Hydromag AG (fondée en 1995) à Oberägeri.

Le premier moteur diesel à rampe commune utilisé dans un véhicule routier était le moteur MN 106 de l'entreprise est-allemande VEB IFA Motorenwerke Nordhausen . Il a été intégré dans un seul IFA W50 en 1985. En raison d'un manque de financement, le développement a été annulé et la production en série n'a jamais été réalisée.

Le premier véhicule de production en série à succès équipé d'un système Common Rail a été vendu au Japon en 1995. Le Dr Shohei Itoh et Masahiko Miyaki de Denso Corporation ont développé le système Common Rail ECD-U2, monté sur le camion Hino Ranger . Denso revendique le premier système Common Rail haute pression commercial en 1995.

Les systèmes à rampe commune modernes sont régis par une unité de contrôle du moteur , qui contrôle les injecteurs électriquement plutôt que mécaniquement. Prototypé dans les années 1990 par Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat à Bari et Elasis, avec un développement ultérieur par le physicien Mario Ricco Fiat Group . Malheureusement, Fiat était dans une mauvaise situation financière à cette époque, donc la conception a été acquise par Robert Bosch GmbH pour le raffinement et la production en série. La première voiture de tourisme à utiliser ce système était l' Alfa Romeo 156 de 1997 avec un moteur JTD de 2,4 L , et plus tard la même année, Mercedes-Benz l'a introduit dans son modèle W202 . En 2001, l'injection à rampe commune a fait son chemin dans le V8 Duramax LB7 de 6,6 litres utilisé dans les Chevrolet Silverado HD et GMC Sierra HD. En 2003, Dodge et Cummins ont lancé des moteurs à rampe commune, et Ford a suivi en 2008 avec le Powerstroke de 6,4 L. Aujourd’hui, presque tous les véhicules diesel non commerciaux utilisent des systèmes à rampe commune.

Le système Common Rail convient à tous les types de voitures routières à moteur diesel, allant des voitures citadines (comme la Fiat Panda ) aux voitures de luxe (comme l' Audi A8 ). Les principaux fournisseurs de systèmes Common Rail modernes sont Bosch , Delphi Technologies , Denso et Siemens VDO (désormais propriété de Continental AG ).

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

• Ashok Leyland : CRS (utilisé dans les camions U et les bus E4)
• Audi : TDI , BiTDi Le « Bi » signifie BiTurbo
• Groupe BMW ( BMW et Mini ) : d (également utilisé dans le Land Rover Freelander sous le nom TD4 et dans le Rover 75 et MG ZT sous les noms CDT et CDTi), D et SD
• Chrysler CRD
• Citroën : HDi , e-HDi et BlueHDi
• Cummins et Scania : XPI (développé en coentreprise)
• Cummins : CCR ( pompe Cummins avec injecteurs Bosch )
• Daimler : CDI
• Groupe Fiat ( Fiat , Alfa Romeo et Lancia ) : JTD (également connu sous les noms de MultiJet , JTDm et par les fabricants sous les noms de TDi , CDTi , TCDi , TiD , TTiD , DDiS et QuadraJet )
• Ford Motor Company : TDCi ( Duratorq et Powerstroke ) et EcoBlue Diesel
• GM : VCDi (sous licence de VM Motori ) et Duramax Diesel
• Honda : i-CTDI et i-DTEC
• Hyundai , Kia et Genesis : CRDi
• IKCO : EFD
• Isuzu : iTEQ , Ddi et DI TURBO
• Jaguar : d
• Jeep : CRD et EcoDiesel
• Komatsu : Tier3 , Tier4 , 4D95 et séries HPCR supérieures
• Land Rover : TD4 , eD4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
• Lexus : d (par exemple 450d et 220d)
• Mahindra : CRDe , m2DiCR , mEagle , mHawk , mFalcon et mPower (camions)
• Maserati : Diesel
• Mazda : MZR-CD et Skyactiv-D (certains moteurs MZR-CD sont fabriqués par la joint-venture Ford et PSA Peugeot Citroën ) et les versions antérieures DiTD
• Mercedes-Benz : CDI et d
• Mitsubishi : Di-D
• Nissan : DDTi
• Opel / Vauxhall : DTI , CDTI , BiTurbo CDTI , CRI , Turbo D et BiTurbo D
• Porsche : Diesel
• Proton : SCDi
• Groupe PSA (Peugeot, Citroën et DS) : HDi , e-HDi ou BlueHDi (développé en joint-venture avec Ford ) – Voir moteur PSA HDi
• Renault , Dacia et Nissan : dCi et BLUEdCi (Infiniti utilise certains moteurs dCi dans le cadre de l' Alliance Renault-Nissan , sous la marque d )
• Saab : TiD (Le moteur diesel turbo 2,2 était également appelé « TiD », mais il n'avait pas de rampe commune) et TTiD Le double « T » signifie Twin-Turbo
• SsangYong : XDi , eXDI, XVT ou D
• Subaru : TD , D ou BOXER DIESEL (à partir de janvier 2008)
• Suzuki : DDiS
• Tata : 2.2 VTT DiCOR (utilisé dans les grands SUV comme Safari ), VARICOR (utilisé dans les grands SUV comme Safari Storme , Aria et Hexa ), 1.05 Revotorq CR3 (utilisé dans Tiago et Tigor ) , 1.5 Revotorq CR05 (utilisé dans Nexon et Altroz ), 1.4 CR4 (utilisé dans Indica , Indigo ), 3.0 CR4 (utilisé dans Sumo gold ), 1.3 Quadrajet (fourni par Fiat et utilisé dans Indica Vista , Indigo Manza et Zest ), et 2.0 Kryotec (également fourni par Fiat et utilisé dans le SUV Harrier et le tout nouveau Safari ), 3.3 L Turbotronn et 5L Turbotronn (utilisés dans les camions M&HCV).
• Toyota : D4-D
• Groupe Volkswagen ( Volkswagen , Audi , SEAT et Škoda ) : TDI (les modèles les plus récents utilisent une rampe commune, contrairement aux anciens moteurs à injecteur-pompe ). Bentley appelle son diesel Bentayga simplement Diesel
• Volvo : moteurs D , D2 , D3 , D4 et D5 (certains sont fabriqués par Ford et PSA Peugeot Citroën ), moteurs Volvo Penta série D

Les électrovannes ou les vannes piézoélectriques permettent un contrôle électronique précis du temps et de la quantité d'injection de carburant, et la pression plus élevée que la technologie Common Rail permet d'obtenir assure une meilleure atomisation du carburant . Pour réduire le bruit du moteur , l'unité de commande électronique du moteur peut injecter une petite quantité de diesel juste avant l'injection principale (injection « pilote »), réduisant ainsi son explosivité et ses vibrations, ainsi que l'optimisation du moment et de la quantité d'injection en fonction des variations de qualité du carburant, du démarrage à froid, etc. Certains systèmes de carburant Common Rail avancés effectuent jusqu'à cinq injections par course.

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

Les moteurs diesel ont toujours utilisé différentes formes d'injection de carburant. Les deux types les plus courants sont le système d'injection unitaire et les systèmes à distributeur/pompe en ligne . Bien que ces systèmes plus anciens permettent un contrôle précis de la quantité de carburant et du moment de l'injection, ils sont limités par plusieurs facteurs :

• Elles sont entraînées par came et la pression d'injection est proportionnelle au régime 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 atteignable diminue à mesure que le régime moteur diminue. Cette relation est vraie pour toutes les pompes, même celles utilisées sur les systèmes à rampe commune. Avec les systèmes à unité ou à distributeur, 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 plus problématique.
• Ils sont limités dans le nombre et le moment des injections pouvant être commandées au cours d'une seule combustion. Bien que plusieurs injections soient possibles avec ces anciens systèmes, il est beaucoup plus difficile et coûteux de les réaliser.
• Dans le système de distribution/en ligne typique, le début de l'injection se produit à une pression prédéterminée (souvent appelée pression d'éclatement) et se termine à une pression prédéterminée. Cette caractéristique résulte d'injecteurs « muets » dans la culasse qui s'ouvrent et se ferment à des pressions déterminées par la précharge du ressort appliquée au piston de 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 2 000 bars (200 MPa ; 29 000 psi) et plus. Le terme « rampe commune » fait référence au fait que tous les injecteurs de carburant sont alimentés par une rampe commune qui n'est rien d'autre qu'un accumulateur de pression dans lequel le carburant est stocké à haute pression. Cet accumulateur alimente plusieurs injecteurs de carburant en carburant haute pression. Cela simplifie le rôle de la pompe haute pression dans la mesure où elle n'a besoin que de maintenir une pression cible (contrôlée mécaniquement ou électroniquement). 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 (composée d'une buse et d'un piston) est ouverte mécaniquement ou hydrauliquement et le carburant est pulvérisé dans les cylindres à la pression souhaitée. Étant donné que l'énergie de pression du carburant est stockée à distance et que les injecteurs sont actionnés électriquement, la pression d'injection au début et à la fin de l'injection est très proche de la pression dans l'accumulateur (rail), ce qui produit un débit d'injection carré. Si l'accumulateur, la pompe et la plomberie sont correctement dimensionnés, la pression et le débit d'injection seront les mêmes pour chacun des multiples événements d'injection.

Les moteurs diesel 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 bars (250 MPa ; 36 000 psi).