Injecteur unitaire

Un injecteur-pompe ( UI ) est un système d'injection directe de carburant intégré à haute pression pour moteurs diesel , combinant la buse d'injection et la pompe d'injection dans un seul composant. La pompe à piston utilisée est généralement entraînée par un arbre à cames partagé . Dans un injecteur-pompe, le dispositif est généralement lubrifié et refroidi par le carburant lui-même.

L'injection haute pression permet d'obtenir des avantages en termes de puissance et de consommation de carburant par rapport à l'injection à basse pression antérieure, en injectant le 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, ce qui permet une combustion plus complète et plus propre.

En 1911, un brevet a été délivré en Grande-Bretagne pour un injecteur unitaire ressemblant à ceux utilisés aujourd'hui par Frederick Lamplough .

L'utilisation commerciale des injecteurs unitaires aux États-Unis a commencé au début des années 1930 sur les moteurs Winton alimentant les locomotives, les bateaux et même les sous-marins de l'US Navy et en 1934, Arthur Fielden a obtenu le brevet américain n° 1 981 913 sur la conception de l'injecteur unitaire utilisé plus tard pour les moteurs diesel à deux temps de General Motors . La plupart des moteurs diesel de taille moyenne utilisaient une seule pompe et des injecteurs séparés, mais certains fabricants, tels que Detroit Diesel et Electro-Motive Diesel, sont devenus bien connus pour privilégier les injecteurs unitaires, dans lesquels la pompe haute pression est contenue dans l'injecteur lui-même. La présentation ASME de 1951 d'EW Kettering décrit en détail le développement de l'injecteur unitaire moderne . De plus, le Cummins PT (pression-temps) est une forme d'injection unitaire où les injecteurs de carburant sont sur une rampe commune alimentée par une pompe basse pression et les injecteurs sont actionnés par un troisième lobe sur l'arbre à cames. La pression détermine la quantité de carburant reçue par les injecteurs et le temps est déterminé par la came.

En 1994, Robert Bosch GmbH a fourni le premier injecteur-pompe électronique pour véhicules utilitaires, et d'autres fabricants ont rapidement suivi. En 1995, Electromotive Diesel a converti ses moteurs diesel 710 à l'injection électronique de carburant, en utilisant un EUI qui remplace l'UI.

Aujourd'hui, les principaux fabricants sont Robert Bosch GmbH , CAT , Cummins , ⁣ Delphi , ⁣ Detroit Diesel , Electro-Motive Diesel .

La conception de l'injecteur unitaire élimine le besoin de conduites de carburant à haute pression, et donc les défaillances qui y sont associées, tout en permettant une pression d'injection beaucoup plus élevée. Le système d'injecteur unitaire permet un calage précis de l'injection et un niveau de contrôle similaire à celui du système à rampe commune .

L'injecteur-pompe est monté dans la culasse du moteur , où le carburant est fourni par des conduits intégrés usinés directement dans la culasse. Chaque injecteur possède son propre élément de pompage et, dans le cas d'une commande électronique, une électrovanne de carburant également. Le système de carburant est divisé en un système d'alimentation en carburant basse pression (< 500 kPa ) et un système d'injection haute pression (< 2000 bar ).

Caractéristiques techniques :

• La particularité du système d'injecteur-pompe est qu'une pompe individuelle est attribuée à chaque cylindre
• La pompe et la buse sont donc réunies dans un ensemble compact qui est installé directement dans la culasse
• Le système d'injecteur unitaire permet des pressions d'injection élevées jusqu'à 2 200 bars.

Avantages :

• Haute performance pour un moteur propre et puissant
• Puissance moteur élevée contrebalancée par une faible consommation et de faibles émissions du moteur
• Haut degré d'efficacité grâce à une conception compacte
• Faible niveau sonore grâce au montage direct dans le bloc moteur
• Pressions d'injection jusqu'à 2 200 bars pour une combinaison idéale de mélange air-carburant.

Le fonctionnement de base peut être décrit comme une séquence de quatre phases distinctes : la phase de remplissage , la phase de déversement , la phase d'injection et la phase de réduction de pression .

Une pompe d'alimentation en carburant basse pression alimente en carburant diesel filtré les conduits de carburant de la culasse et chaque orifice de carburant de l'injecteur à piston de la pompe à course constante, qui est actionné par un arbre à cames en tête .

Phase de remplissage

L'élément de pompe à course constante aspire le carburant du conduit d'alimentation vers la chambre en montant et tant que l' électrovanne électrique reste hors tension, la conduite de carburant est ouverte.

Phase de déversement

L'élément de pompe est en train de descendre et tant que l'électrovanne reste hors tension, la conduite de carburant est ouverte et le carburant s'écoule dans le conduit de retour.

Phase d'injection

L'élément de pompe est toujours en descente, le solénoïde est maintenant sous tension et la conduite de carburant est immédiatement fermée. Le carburant ne peut pas retourner dans le conduit de retour et est maintenant comprimé par le piston jusqu'à ce que la pression dépasse la pression d'ouverture spécifique et que l'aiguille de l'injecteur se soulève, permettant ainsi l'injection du carburant dans la chambre de combustion .

Phase de réduction de pression

Le piston est toujours en train de descendre, l' ECU du moteur désactive le solénoïde lorsque la quantité de carburant requise est délivrée. La vanne de carburant s'ouvre, le carburant peut refluer dans le conduit de retour, ce qui entraîne une chute de pression. Ce qui provoque à son tour la fermeture de l'aiguille de l'injecteur ; par conséquent, plus de carburant n'est injecté.

Résumé

Le début d'une injection est contrôlé par le point de fermeture du solénoïde et la quantité de carburant injectée est déterminée par le temps de fermeture, qui correspond à la durée pendant laquelle le solénoïde reste fermé. Le fonctionnement du solénoïde est entièrement contrôlé par l'ECU du moteur.

L'utilisation d'un contrôle électronique permet des fonctions spéciales, telles que le calage de l'injection à température contrôlée, l'équilibrage des cylindres (ralenti régulier), la coupure de cylindres individuels sous charge partielle pour une réduction supplémentaire des émissions et de la consommation de carburant, et l'injection multi-impulsions (plus d'une injection au cours d'un cycle moteur).

Les systèmes d'injection de carburant à injecteurs unitaires sont utilisés sur une grande variété de véhicules et de moteurs ; véhicules commerciaux de fabricants tels que Volvo , Cummins , Detroit Diesel , CAT , Navistar International et véhicules de tourisme de fabricants tels que Land Rover et Volkswagen Group , entre autres, et locomotives d'Electromotive Diesel.

Les principales marques du groupe Volkswagen ont utilisé des systèmes d'injection unitaires (de marque « Pumpe Düse » , communément abrégés en « PD » ) dans leurs moteurs diesel à injection diesel par aspiration (SDI) et à injection directe turbocompressée (TDI) , cependant cette méthode d'injection de carburant a été remplacée par une conception à rampe commune, comme le nouveau 1.6 TDI.

En Amérique du Nord , les Volkswagen Jetta , Golf et New Beetle TDI 2004-2006 sont des Pumpe Düse (disponibles dans les générations MK4 et MK5, avec les codes moteur BEW et BRM respectivement, les modèles plus anciens utilisent une pompe d'injection entraînée par courroie de distribution).

Les moteurs TDI intégrant des systèmes d'injection d'unité PD fabriqués par le groupe Volkswagen ont également été installés sur certaines voitures vendues en Europe et sur d'autres marchés où le carburant diesel était vendu à un prix abordable, parmi lesquelles certaines voitures Chrysler/Dodge de l'ère DaimlerChrysler, par exemple la Dodge Calibre (MY07 BKD, MY08 BMR), Dodge Journey , Jeep Compass , Jeep Patriot .

Scania AB, constructeur de camions et de moteurs diesel appartenant au groupe Volkswagen, utilise également le système d'injection unitaire, qu'il appelle « Pumpe-Düse-Einspritzung » ou « PDE » .

En 1993, CAT et International Truck & Engine Corporation ont introduit « l'injection électronique à commande hydraulique » (HEUI), où les injecteurs ne sont plus actionnés par l'arbre à cames et peuvent pressuriser le carburant indépendamment du régime du moteur. D'abord disponible sur le moteur diesel V8 de 7,3 L / 444 cuin de Navistar . HEUI utilise la pression de l'huile moteur pour alimenter l'injection de carburant haute pression, là où la méthode habituelle de fonctionnement de l'injecteur unitaire se fait avec l' arbre à cames du moteur .

Français Les applications HEUI comprenaient les moteurs Ford 7,3 L et 6,0 L Power Stroke utilisés entre mai 1993 et ​​2007. International a également utilisé le système HEUI pour plusieurs moteurs, notamment les moteurs DT 466E , DT 570, T-444E , DT-466–570, MaxxForce 5, 7, 9, 10, MaxxForce DT et VT365. Caterpillar a intégré des systèmes HEUI dans les moteurs 3116, 3126, C7, C9 entre autres et le moteur Daimler-Detroit Diesel Series 40 fourni par International intégrait également un système de carburant HEUI. Isuzu a installé un système HEUI sur son moteur 3,0 LTR 4JX1 monté sur le Trooper et ses variantes. Le système HEUI a été remplacé par de nombreux fabricants avec des solutions d'injection à rampe commune , une technologie plus récente, pour répondre à une meilleure économie de carburant et aux nouvelles normes d'émissions introduites.