Caractéristiques de l'appareil et avantages du système d'alimentation en carburant Common Rail

Dans les voitures modernes, des systèmes d'injection de carburant sont utilisés. Si auparavant une telle modification concernait uniquement les groupes motopropulseurs diesel, de nombreux moteurs à essence reçoivent aujourd'hui l'un des types d'injection. Ils sont décrits en détail dans une autre critique.

Nous allons maintenant nous concentrer sur le développement, qui a été nommé Common Rail. Voyons comment il est apparu, quelle est sa particularité, ainsi que ses avantages et ses inconvénients.

Qu'est-ce que le système de carburant Common Rail

Le dictionnaire traduit le concept de Common Rail par «système de carburant à accumulateur». Sa particularité est qu'une partie du carburant diesel est prélevée dans un réservoir dans lequel le carburant est sous haute pression. La rampe est située entre la pompe d'injection et les injecteurs. L'injection est réalisée par l'injecteur ouvrant la soupape et le carburant sous pression est libéré dans le cylindre.

Ce type de système d'alimentation en carburant est l'étape la plus récente de l'évolution des groupes motopropulseurs diesel. Comparé à son homologue à essence, le diesel est plus économique, car le carburant est injecté directement dans le cylindre et non dans le collecteur d'admission. Et avec cette modification, l'efficacité du bloc d'alimentation augmente considérablement.

L'injection de carburant à rampe commune a amélioré le rendement du véhicule de 15%, en fonction des réglages du mode de fonctionnement du moteur à combustion interne. Dans ce cas, généralement un effet secondaire de l'économie du moteur est une diminution de ses performances, mais dans ce cas, la puissance de l'unité, au contraire, augmente.

La raison en est la qualité de la distribution du carburant dans le cylindre. Chacun sait que l'efficacité d'un moteur ne dépend pas tant de la quantité de carburant entrant que de la qualité de son mélange avec l'air. Étant donné que pendant le fonctionnement du moteur, le processus d'injection se produit en quelques fractions de seconde, il est nécessaire que le carburant se mélange à l'air le plus rapidement possible.

L'atomisation du carburant est utilisée pour accélérer ce processus. Étant donné que la conduite derrière la pompe à carburant a une haute pression, le carburant diesel est pulvérisé plus efficacement à travers les buses. La combustion du mélange air-carburant se produit avec une plus grande efficacité, à partir de laquelle le moteur démontre plusieurs fois une augmentation d'efficacité.

histoire

L'introduction de ce développement a été le resserrement des normes environnementales pour les constructeurs automobiles. Cependant, l'idée fondamentale est apparue à la fin des années 60 du siècle dernier. Son prototype a été développé par l'ingénieur suisse Robert Huber.

Un peu plus tard, cette idée a été finalisée par un employé de l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse, Marco Ganser. Ce développement a été utilisé par les employés de Denzo et a créé un système de rampe d'alimentation en carburant. La nouveauté a reçu le nom simple Common Rail. Dans les dernières années des années 1990, le développement est apparu dans les véhicules utilitaires sur les moteurs EDC-U2. Les camions Hino (modèle Rising Ranger) ont reçu ce système de carburant.

Au cours de la 95e année, ce développement est également devenu disponible pour d'autres fabricants. Les ingénieurs de chaque marque ont modifié le système et l'ont adapté aux caractéristiques de leurs propres produits. Cependant, Denzo se considère comme un pionnier dans l'utilisation de cette injection sur les voitures.

Cet avis est contesté par une autre marque, FIAT, qui a breveté un prototype de moteur diesel à injection directe (modèle Chroma TDid) en 1987. La même année, les employés de l'entreprise italienne ont commencé à travailler sur la création de l'injection électronique, qui a un principe similaire de travail avec une rampe commune. Certes, le système s'appelait UNIJET 1900cc.

La variante d'injection moderne fonctionne sur le même principe que la conception originale, indépendamment de qui est considéré comme son inventeur.

conception

Considérez le dispositif de cette modification du système d'alimentation en carburant. Le circuit haute pression se compose des éléments suivants:

• Une ligne capable de résister à des pressions élevées, plusieurs fois le taux de compression du moteur. Il se présente sous la forme de tubes monoblocs auxquels tous les éléments du circuit sont connectés.
• La pompe d'injection est une pompe qui crée la pression requise dans le système (selon le mode de fonctionnement du moteur, cet indicateur peut être supérieur à 200 MPa). Ce mécanisme a une structure complexe. Dans son design moderne, son travail est basé sur une paire de pistons. Il est décrit en détail dans une autre critique... Le dispositif et le principe de fonctionnement de la pompe à carburant sont également décrits séparément.
• Une rampe d'alimentation en carburant (rail ou batterie) est un petit réservoir à paroi épaisse dans lequel le carburant s'accumule. Des buses avec des pulvérisateurs et d'autres équipements y sont connectés à l'aide de conduites de carburant. Une fonction supplémentaire de la rampe est d'amortir les fluctuations du carburant qui se produisent pendant le fonctionnement de la pompe.
• Capteur et régulateur de pression de carburant. Ces éléments vous permettent de contrôler et de maintenir la pression souhaitée dans le système. Étant donné que la pompe fonctionne constamment pendant que le moteur tourne, elle pompe constamment du carburant diesel dans la conduite. Pour l'empêcher d'éclater, le régulateur décharge l'excès de fluide de travail dans la conduite de retour, qui est reliée au réservoir. Pour plus de détails sur le fonctionnement du régulateur de pression, voir ici.
• Les injecteurs fournissent la partie requise de carburant aux cylindres de l'unité. Les développeurs de moteurs diesel ont décidé de placer ces éléments directement dans la culasse. Cette approche constructive a permis de traiter simultanément plusieurs problèmes complexes. Premièrement, il minimise les pertes de carburant: dans le collecteur d'admission du système d'injection multipoint, une petite partie du carburant reste sur les parois du collecteur. Deuxièmement, un moteur diesel ne s'allume pas à partir d'une bougie de préchauffage et non d'une étincelle, comme dans un moteur à essence - son indice d'octane ne permet pas l'utilisation d'un tel allumage (quel est l'indice d'octane, lire ici). Le piston comprime fortement l'air lorsque la course de compression est effectuée (les deux vannes sont fermées), ce qui fait monter la température du fluide à plusieurs centaines de degrés. Dès que la buse atomise le carburant, elle s'enflamme spontanément à cause de la température élevée. Ce procédé nécessitant une précision parfaite, les appareils sont équipés d'électrovannes. Ils sont déclenchés par un signal de l'ECU.
• Des capteurs surveillent le fonctionnement du système et envoient les signaux appropriés à l'unité de contrôle.
• L'élément central de Common Rail est l'ECU, qui est synchronisé avec le cerveau de l'ensemble du système embarqué. Dans certains modèles de voitures, il est intégré à l'unité de commande principale. L'électronique peut enregistrer non seulement les performances du moteur, mais également d'autres composants de la voiture, grâce auxquels la quantité d'air et de carburant, ainsi que le moment de la pulvérisation, sont calculés plus précisément. L'électronique est programmée en usine. Dès que l'ECU reçoit les informations nécessaires des capteurs, l'algorithme spécifié est activé et tous les actionneurs reçoivent la commande appropriée.
• Tout système de carburant a un filtre dans sa ligne. Il est installé devant la pompe à carburant.

Un moteur diesel équipé de ce type de système d'alimentation en carburant fonctionne selon un principe particulier. Dans la version classique, toute la partie carburant est injectée. La présence d'un accumulateur de carburant permet de répartir une partie en plusieurs parties pendant que le moteur effectue un cycle. Cette technique est appelée injection multiple.

Son essence se résume au fait qu'avant que la quantité principale de carburant diesel ne soit fournie, une injection préliminaire est effectuée, ce qui chauffe encore plus la chambre de travail et augmente également la pression à l'intérieur. Lorsque le reste du carburant est pulvérisé, il s'enflamme plus efficacement, donnant à l'ICE à rampe commune un couple élevé même lorsque le régime du moteur est faible.

Selon le mode de fonctionnement, une partie du carburant sera fournie une ou deux fois. Lorsque le moteur tourne au ralenti, le cylindre est réchauffé par une double pré-injection. Lorsque la charge augmente, une pré-injection est effectuée, ce qui laisse plus de carburant pour le cycle principal. Lorsque le moteur tourne à la charge maximale, aucune pré-injection n'est effectuée, mais toute la charge de carburant est utilisée.

Les perspectives de développement

Il est à noter que ce système d'alimentation a été amélioré au fur et à mesure que la compression des groupes motopropulseurs augmente. Aujourd'hui, les propriétaires de voitures se voient proposer la 4ème génération de Common Rail. Dans celui-ci, le carburant est sous une pression de 220 MPa. Cette modification est installée sur les voitures depuis 2009.

Les trois générations précédentes avaient les paramètres de pression suivants:

1. Depuis 1999, la pression du rail est de 140 MPa;
2. En 2001, ce chiffre a augmenté de 20 MPa;
3. Quatre ans plus tard (4), les voitures ont commencé à être équipées de la troisième génération de systèmes d'alimentation en carburant, capables de créer une pression de 2005 MPa.

L'augmentation de la pression dans la ligne permet l'injection d'un plus grand volume de carburant diesel dans la même période de temps que dans les développements précédents. En conséquence, cela augmente la gourmandise de la voiture, mais l'augmentation de la puissance est sensiblement augmentée. Pour cette raison, certains modèles restylés reçoivent un moteur identique au précédent, mais avec des paramètres accrus (comment le restylage diffère du modèle de prochaine génération est décrit séparément).

L'amélioration de l'efficacité de cette modification est réalisée grâce à une électronique plus précise. Cet état de fait permet de conclure que la quatrième génération n'est pas encore l'apogée de la perfection. Cependant, l'augmentation de l'efficacité des systèmes d'alimentation en carburant est provoquée non seulement par le désir des constructeurs automobiles de satisfaire les besoins des automobilistes économiques, mais principalement par le relèvement des normes environnementales. Cette modification permet une meilleure combustion du moteur diesel, grâce à laquelle la voiture peut passer le contrôle qualité avant de quitter la chaîne de montage.

Avantages et inconvénients du Common Rail

La modification moderne de ce système a permis d'augmenter la puissance de l'unité en pulvérisant plus de carburant. Étant donné que les constructeurs automobiles modernes installent un grand nombre de toutes sortes de capteurs, l'électronique a commencé à déterminer plus précisément la quantité de carburant diesel nécessaire pour faire fonctionner le moteur à combustion interne dans un mode spécifique.

C'est le principal avantage de la rampe commune par rapport aux modifications de véhicules classiques avec injecteurs unitaires. Un autre avantage en faveur d'une solution innovante est qu'elle est plus facile à réparer, car elle dispose d'un appareil plus simple.

Les inconvénients comprennent le coût élevé de l'installation. Il nécessite également un carburant de meilleure qualité. Un autre inconvénient est que les injecteurs ont une conception plus complexe, ils ont donc une durée de vie plus courte. Si l'un d'entre eux tombe en panne, la vanne qui s'y trouve sera constamment ouverte, ce qui rompra l'étanchéité du circuit et le système s'arrêtera.

Pour plus de détails sur l'appareil et les différentes versions du circuit de carburant haute pression, voir la vidéo suivante:

Le principe de fonctionnement des composants du circuit de carburant du système Common Rail. Partie 2

Questions et réponses

Quelle est la pression sur le Common Rail ? Dans la rampe d'injection (tube accumulateur), le carburant est fourni sous basse pression (du vide à 6 atm.) Et dans le deuxième circuit sous haute pression (1350-2500 bar.)

Quelle est la différence entre Common Rail et pompe à essence ? Dans les systèmes de carburant avec une pompe haute pression, la pompe distribue immédiatement le carburant aux injecteurs. Dans le système Common Rail, le carburant est pompé dans un accumulateur (tube) et de là, il est distribué aux injecteurs.

Qui a inventé le Common Rail ? Un prototype de système de carburant à rampe commune est apparu à la fin des années 1960. Il a été développé par le Suisse Robert Huber. Par la suite, la technologie a été développée par Marco Ganser.