Crail Experts

7/26/2019 Crail Experts

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FORMATION DES EXPERTS SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL COMMON RAIL Page

1.Généralités.Le système a été élaboré pour répondre aux exigences des futurs législations EURO 3.Le common rail est un système d'injection Diesel haute pression, conçu pour être utilisé sur lesmoteurs à injection directe VL ou VI.

1.1 Caractéristiques.

- Diamètre des injecteurs réduit, de faible encombrement, facilement utilisable sur lesmoteurs multi-soupapes.

- Système modulaire qui s'adapte facilement à différents types de moteurs (3, 4, 5 et 6cylindres).

- Une injection pilotée, ajustée en fonction des besoins du moteur, permet une diminutionnotable du bruit du moteur et une réduction du volume d'émission en oxydes d'azote.

- Le pilotage électronique du common rail permet un contrôle précis de la quantité decarburant injectée et de la durée de l'injection, donc une diminution de la consommation et desémissions polluantes.

- Le couple de transmission fourni par le moteur reste faible car le remplissage du "rail" depressurisation est indépendant de la phase d'injection.

- La pression d'injection est indépendante du régime et de la charge du moteur, ce quipermet d'obtenir des pressions d'injection élevées à bas régime, donc une combustion rapide etcomplète.

- Le pilotage électronique peut également assurer une interface avec d'autres fonctions duvéhicule.

1.2 Avantages du système.

A. Moins de consommation.Diminution de 20% de la consommation par rapport aux moteurs Diesel classiques, grâce àl'utilisation de très hautes pressions pilotées électroniquement, à la forme spécifique des cham-bres de combustion et à l'architecture du moteur.

B. Davantage d'agrément de conduite.50% de couple supplémentaire à bas régime (ex: 250 mN à 1500 trs/min) et 25% de puissanceen plus (ex: 110 chv à 4000 trs/min), réduction considérable des bruits et vibrations (ex: - 3 dB).

C. Emissions à l'échappement limitées.Le moteur H.D.I ( Haute pression Direct Injection) DW 10 ATE, équipé du système common railet de la catalyse DENOX, est un des moteurs les plus propres avec une importante capacitéd'évolutions:

- baisse de 20% des émissions de CO2 (gaz à effet de serre)- 0 niveau de NOX constant, baisse de moitié de tous les polluants réglementés

* - 40% de monoxyde de carbone (CO),* - 50% des hydrocarbures imbrûlés (HC),

* - 60% des particules.- Réduction du potentiel de formation d'ozone de 5o%.- Très peu de fumée émise sur environ 90% de sa plage d'utilisation.

1



FORMATION DES EXPERTS SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL COMMON RAIL

2.Principe de fonctionnement.

Une pompe haute pression entraînée par la courroie de distribution du moteur, alimente enpermanence une réserve de combustible sous haute pression appelée le "rail" ou rampe d'ali-mentation, reliée par des tubes à chaque injecteur.Les injecteurs électro-hydrauliques sont pilotés par le calculateur, qui commande uneélectrovanne à deux voies intégrées.

Un calculateur gère, en fonction des paramètres moteur, la pression dans la rampe, le débit dela pompe HP, le temps d'ouverture et le phasage de chaque injecteur.

Le système "common rail" permet pour chaque injecteur une injection en plusieurs phases,- une injection pilote , ou pré-injection ,- une injection principale ,

- une post-injection (cas de dépollution sévèrisée à venir ex: Euro 2000).

Le faible temps imparti à l'injection pilote, et suivant équipement, à la post-injection, amène àutiliser une nouvelle unité: la microseconde ( s) µ

2

1

3

4

5

6

1. Tuyau injecteur HP.

2. Injecteur électro-hydraulique.

3. Rail ou rampe d'alimentation.

4. Calculateur.

5. Pompe haute pression.

6. Courroie de distribution.




3. Dessin, description, frontière de l'étude.

+ aprés relais

1

2

3

4

5 6

7

8

9

10

11

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19

20 21

22

1. Calculateur.2. Préfiltre à combustible.3. Pompe de gavage basse pression.4. Filtre à combustible avec décanteur.5. Réchauffeur de combustible.6. Refroidisseur de combustible.7. Pompe haute pression à 3 pistons radiaux.8. Commande désactivation 3ème piston.9. Régulateur de pression combustible.10. Rampe d'alimentation.11. Capteur pression combustible.12. Capteur de température combustible.13. Injecteur électro-hydraulique.14. Capteur de position pédale accélérateur.15. Capteur de régime moteur.

16. Capteur de référence cylindre.17. Informations provenant des capteurs.18. Commande des actionneurs, systèmes annexes.19. Interrupteur à inertie.20. Electrovanne de régulation du recyclage.21. Electrovanne de régulation pression turbo.22. Canalisation retour.

Différents capteurs : Pression suralimentation, masse d'air (débitmètre film chaud), température d'eau, température d'air d'admission, pédale de frein, pédale embrayage, vitesse véhi-

cule anti-démarrage électronique, autres fonctions suivant équi-pement.

Actionneurs, systèmes annexes et interfaces : Pression deturbo, Pré-post chauffage, Système E.G.R en boucle fermée,chauffage additionnel, compresseur clim, autres fonctions

3




4.Synoptique du système.

Batterie

Connecteur diagnostic

Voyant diag

Capteur référence cylindre

Relais préchau

Désactiveur 3ème cylindre

Pompe gavage

Capteur T° eau

Capteur T°combustible

Electro régulation P turbo

Capteur posipédale accél

Relais doubleDébitmètre

Capteur Padmission

Capteur régime, PMH

Calculateur

Capteur HPcombustible

Régulateur HP

Injecteur

Compte-tours

Capteur vitesse véhicule

Liaison cal-culateur BVA

Contacteur de stop

Ordinateur de bordContacteur embravage

Compresseur climatisation

Relai chauffageadditionnel

Transpondeur



u d'étude A0

Réglages

SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL, COMMON RAIL Page 6

A1

A2

A3

A4

ME D'INJECTION DIRECT COMMON RAIL

er le niveaurgie du com-ble, régler laion.

Alimentation interrupteur à inertie

Stocker le combus-tible sous pression,donner l'image élec-trique de la P et la T°

du combustible.

Gérer les infos, pilo-ter les injecteurs etles systèmes annexes.

Pulvériser et répartir le combustible.

HP + Régulateur sion.

Rail + capteur de pres-sion et T° combustible.

Calculateur.

Injecteurs.

Réglages

Désactivation 3ème cylindre

Pilotage régulateur de pression

Réglages

Image T° combustible

Image P combus

Infos de 1 à 12 + APC (relais)

Pilotage

Pil

RTS




onnelle.u d'étude A-0

que

basse pression,

Infos s

Retour

Info di

Combustible HP, r

- à ° / PMH- cyl / cyl

ααααα

A-0Système d'injection directe common rail

DETERMINER, REGLER, PULVERISER LA

QUANTITE DE COMBUSTIBLE EN FONCTION

DES PARAMETRES:

- à ° / PMH,

- cylindre / cylindre

Infos pilotage de 1 à 12

moteur + APC

Masseω

ression suralimentation,asse d'air (débitmètre à film chaud),mpérature d'eau,mpérature d'air,

édale frein,édale débrayage,hicule,rrage,osition pédale d'accélérateur,égime moteur,éférence cylindre,ur à inertie.

Infos sortie :- a. pilotage pré- postchauffage,- b. gestion chauffage additionnel,- c. pilotage soupape recyclage des gaz d' - d. pilotage électrovanne limitation pressi

- e. pilotage commande climatisation,

Pression atmosphérique

Réglages

α

TS




Dessins

Différentiel de pression < à 0,8 bar

Différentiel de pression > à 0,8 bar

Sortie verséléments de

pompage

Entrée combustible

Clapet desécurité

Admission

Fonctionnemen

Fonction lubrification.

Le différentiel de pression entre l' tour est < à 0,8 bar .

La pression est insuffisante poupiston du clapet, le combustiblela pompe par le conduit (C), travde sécurité, percé d'un ajutage pla pompe et permettre en prioritéet le refroidissement.

Le différentiel de pression entreretour est > à 0,8 bar.

Le piston du clapet de sécurité sel'action résultante de la pressiontrou d'alimentation des élémentsLes chambres (7) se remplissent

ble, le flux réservé à la lubrificatiotenu.

E. Fonctionnement de la pompe HP.

TS



SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL, COMMON RAIL Page 13S

Fonction, mise en pression.

Admission.La pompe de gavage débite, le combverse le clapet d'admission (9).La came est au PMB, le piston reple bas par le ressort de rappel (10dépression dans la chemise, le coemplit la chambre de pression.

La rotation de la came (11) repouss(12) vers le haut, le clapet d'admissferme, le piston comprime le combusla chambre supérieure (7).Le clapet de refoulement (8) s'ouvr bustible se dirige sous HP vers la

"rail". Après le PMH, le clapet de refoulemferme suite à la baisse de pressiochambre (7).

Compression, refoulement.Refoulement

Admission

Dessins Fonctionnemen

Fonctionnement pompe HP (suite)




6. Etude structurelle.6.1 Circuit d'alimentation en carburant.

6.1.1 Dessin, description du circuit d'alimentation.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 Circuit de retour (vers réservoir à carburant).Circuit basse pression.Circuit haute pression.

7



FORMATION DES EXPERTS SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL COMMON RAIL Page 8

6.1.2 Module jauge, pompe de gavage.

B. Dessin, description.

12

3

4

5

6

79

1. Module jauge, pompe gavage.

2. Flotteur jauge essence.

3. Pompe de gavage.

4. Moteur électrique.

5. Sortie carburant.

6. Rouleaux.

7. Arrivée carburant.

8. Clapet de sécurité.

A. Généralités.

La pompe de gavage, du type volumétrique, est intégrée au module de puisage placé dans leréservoir, elle aspire au travers d'un préfiltre, dont le seuil de filtration est de 300 m; son débit

est de 200litres / heure pour une pression maxi de 2,5 bars.Le tarage du clapet de sécurité (8) est d' environ 7 bars, elle est alimentée par le calculateur viale relais double, dès la mise du contact, pendant trois secondes et moteur tournant.

µ

6.1.3 Le filtre principal.

A. Généralités.

Le filtre principal permet de protéger le système:- en filtrant le combustible (seuil de filtration 5 m),- il permet la décantation de l'eau,- il contrôle le réchauffage du combustible à travers un élément thermostatique, qui

dérive à froid une fraction du combustible provenant de la pompe de gavage vers le réchauffeur,- il contrôle la pression du circuit basse pression avec un régulateur BP intégré, taré à

2,25 + 0,25 bars.Il est relié aux différents circuits par des raccords encliquetables.

Nota : la purge des circuits basse et haute pression, après un échange de filtre à carburant

est automatique.- périodicité des remplacements du filtre à combustible : tous les 60000 Kms,- périodicité de purge du filtre à combustible : tous les 20000 Kms.

-





1 2

3

4

5

67

1. Retour réservoir.

2. Sortie vers pompe haute pression.

3. Elément filtrant.

4. Arrivée carburant.

5. Elément thermostatique.

6. Départ vers boîtier de sortie d'eau.

7. Entrée carburant réchauffé.

8. Robinet de purge de l'eau décantée.

9. Régulateur de basse pression.

8

9

C. L'élément thermostatique.L'élément thermostatique est constitué d'une rondelle bilame qui se déforme en fonction de latempérature du carburant.

Dessins FonctionnementT° inférieure à 15°C .

Le bilame est déformé, et ferme le passage directvers le filtre.Le combustible est dirigé vers le boîtier d'eau dumoteur pour être réchauffé avant filtrage.

T° comprise entre 15°C et 25°C.

Le bilame se redresse et divise le flux d'entrée.Une partie du combustible passe directement versl'élément filtrant, l'autre continue d'être réchauffée.

T° supérieure à 25°C.

Le bilame échauffé par le combustible ferme le pas-

sage direct vers le circuit de réchauffage.Tout le combustible est orienté vers l'élément fil-trant.

9




6.1.4 Le réchauffeur de carburant.

A. Généralités.Le réchauffeur est situé dans le boîtier d'eau sur la culasse, il réchauffe le carburant dévié par l'élément thermostatique du filtre à carburant.Il est constitué d'un tube plongé dans le liquide de refroidissement du moteur; l'échange thermi-que est réalisé entre le liquide de refroidissement et le carburant.Il existe deux montages: si le boîtier d'eau est métallique, le réchauffeur est intégré à celui-ci; sile boîtier d'eau est en plastique, le réchauffeur est fixé sur celui-ci (fixation par vis).


21 1. Réchauffeur de carburant.

2. Boîtié d'eau.

3. Sonde de température moteur.

6.1.5 Le refroidisseur de carburant. A. Généralités.

Les hautes pressions, régnant dans le circuit, provoquent un échauffement du combustible, cequi influe sur sa viscosité et la sécurité de fonctionnement.Le refroidisseur, formé d'un serpentin métallique soudé sur une tôle "persiennée", est fixé sousla carrosserie, il est monté sur la canalisation de retour du combustible pour le refroidir enamont du réservoir.

3

6.2 Le circuit haute pression.

6.2.1 La pompe haute pression carburant.

A. Généralités.La pompe HP à trois pistons radiaux est entraînée de façon non synchrone par la courroie dedistribution, elle fournit la Hp et alimente les injecteurs à travers la rampe d'injection (rail). Pour des raisons de contrôle du débit dans toutes les phases de fonctionnement, le rapport d'entraî-nement est de 0,5.

La pression délivrée varie entre 200 et 1350 bars, la HP est contrôlée par le régulateur HP; audémarrage du moteur la pression fournie par la pompe atteint 200 bars après 1,5 tour moteur.Le désactiveur du troisième piston, piloté par le calculateur, permet, d'une part, de réduire la

cylindrée de la pompe en cas d'incident ( surchauffe combustible) et, d'autre part, de réduire lapuissance absorbée par la pompe dans certains cas de fonctionnement.

Nota : le carburant non utilisé retourne au réservoir au travers du refroidisseur




B. Représentation fonctionnelle.

A1

Elever le niveaud'énergie du com-bustible, régler lapression.

Pompe HP + Régulateur de pression.

ωωωωω moteur

RéglagesDésactivation 3ème cylindre

Combustible à BP

W mécanique

Pilotage régulateur pression

Combustible HP

C. Vue extérieure, description.

1

23

4

5

6

7

1. Pompe HP à carburant.

2. Désactiveur 3ème piston.

3. Retour réservoir carburant.

4. Sortie HP carburant.

5. Régulateur de pression.6. Alimentation carburant.

7. Arbre d'entraînement.

Retour

D. Vue intérieure, description.

1

3

5

Arrivée BP

Retour réservoir

Sortie HP

1. Désactiveur 3ème piston.

2. Piston HP.

3. Régulateur de pression.

4. Clapet à bille régulateur.

5. Clapet de lubrification.

6. Excentrique.

7. Chambre HP.

2

34

7

6




Fonctionnement pompe HP (suite).

Dessins Fonctionnement

Fonction régulation de pression.

Pilotage mécanique.

Pilotage électrique.

Le circuit HP subit des variations de pression,la haute pression carburant augmente lors dedu refoulement d'un piston de la pompe; lahaute pression carburant diminue lors del'ouverture d'un injecteur. Le battement de labille (1) amortit ces variations de pression.

Régulateur non alimenté, la HP carburant s'op-pose à l'action mécanique du ressort (2), lors-que l'action résultante de la pression du carbu-rant devient supérieure à l'action du ressort,(environ 100 bars) le régulateur s'ouvre et li-bère du carburant vers le retour (canal R).

Nota :

Moteur à l'arrêt il ne subsiste pas de pressionrésiduelle dans le circuit HP.

Montée en pression : Le calculateur pilote le régulateur avec un cou-rant RCO, l'action magnétique de la bobine quientraîne le noyau (4), s'ajoute à l'action méca-nique du ressort sur la bille ce qui permet d'aug-menter la valeur de disjonction du régulateur.

Baisse de pression :Le calculateur réduit le RCO fourni à la bobinede l'électroaimant du régulateur, l'action résul-tante totale sur la bille (1) diminue, la valeur dedisjonction diminue.La durée variable des cycles d'ouverture et defermeture règle la pression d'injection en fonc-tion des besoins du moteur.

Remarque :Pilotage du régulateur par la masse.RCO maximum = U maxi, pression maximum.RCO minimum = U mini, pression minimale.

Ensemblerégulation

Canal retour

Sortie HP

1

2

34

Baisse de pression

Montée en pression




Fonctionnement pompe HP (suite)a) Rôle.

Pour diminuer la puissance absorbée en faible charge, à un moment où il n'est pas nécessairede disposer d'un fort débit, la pompe HP comporte un système électrique de désactivation d'unpiston.Un solénoïde, monté sur la tête d'un des cylindres, agit sur une tige de commande qui maintientouvert le clapet d'alimentation. Aucune mise en pression du carburant n'est possible, il y aretour à l'admission.La désactivation du 3ème piston est également réalisée par le calculateur pour limiter volontai-rement le débit en cas d'incident (surchauffe carburant par exemple).

b) Concept.

Régime moteur (trs/min)500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Quantité decarburant (cm ) 3

0

5 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55 60

A

B

C

Phases de fonctionnement :- A, fonctionnement sur trois pistons.

- B, fonctionnement sur deux pistons.- C, fonctionnement sur deux pistons, zone d'hystérésis.

Au régime de ralenti, la pompe fonctionne sur trois pistons.

A partir des 2/3 de la pleine charge jusqu'à la pleine charge, la pompe fonctionne avec les troispistons.

En dehors du régime de ralenti et en dessous des 2/3 de la pleine charge, la pompe fonctionnesur deux pistons.

Lorsque la température du carburant est supérieure à 106 °C, le calculateur pilote l'électro-vanne de façon à désactiver le troisième piston.




Dessins Fonctionnement

Fonction désactivation du 3 ème piston.

Désactiveur 3ème piston non alimenté.

Fonctionnement de la pompe HP (suite).

Ensembledésactivation

3ème piston

Désactiveur

Tige de poussée

Piston HP

Clapet refoulement

Clapet d'admission

Ressort rappel

L'électrovanne n'est pas alimentée, le clapetd'admission de carburant est fermé, plaqué sur

son siège par le ressort de rappel.Donc le cylindre est étanche et la compressiondu carburant est possible par l'intermédiaire dela came de l'arbre de pompe.L'action résultante de la pression permet desoulever le clapet de refoulement, le carburantsous pression se dirige vers la sortie HP de lapompe.

Désactiveur 3ème piston activé.

L'électrovanne est pilotée par le calculateur (pilotage par la masse) en tout ou rien, la tigede poussée soulève le clapet d'admission deson siège et ouvre la chambre d'admission, la

compression du combustible est impossible,celui-ci retourne vers la partie basse pressionde la pompe.




6.2.2 La rampe d'injection HP ou "rail". A Généralités.

La rampe d'injection haute pression, placée entre la pompe HP et les injecteurs permet :- de stocker la quantité de carburant sous haute pression, nécessaire au moteur quelque

soit la phase d'utilisation,- d'amortir les pulsations créées par l'ouverture et la fermeture des injecteurs,- de relier les éléments du circuit haute pression; la canalisation d'alimentation haute

pression, les canalisations d'alimentation des injecteurs, la sonde de température carburant etle capteur pression carburant.

Nota: la rampe d'injection est construite en acier forgé; son volume haute pression estadapté à la cylindrée du moteur; elle est vissée sur la culasse.

B Dessin, description.

1. Sorties vers les injecteurs.

2. Rampe d'injection.

3. Arrivée haute pression carburant.

4. Sonde température carburant.

5. Capteur pression carburant.

1

2

34

5

6.2.3 Les ensembles injecteurs, porte-injecteurs ou électro-injecteurs.

A. Généralités.Les injecteurs, porte-injecteurs sont pilotés par effet de pression différentielle par le calculateur et sont constitués de deux parties :

- une partie commande, constituée d'une électrovanne,- une partie pulvérisation constituée d'un injecteur qui ressemble au modèle classique

multitrous, de caractéristiques adaptées à la version du moteur; (ex: 5 trous de diamètre 0,16mm). Les injecteurs sont reliés entre eux par le circuit de retour.

Nota: le solénoïde est fixé sur le porte-injecteur par un écrou chapeau servant également àtenir l'empilage des pièces. Il est interdit de manoeuvrer l'injecteur (pour le décoller par exem-

ple), à l'aide d'une clé en agissant sur cet écrou, cela entraîne la destruction de l'ensemble.

La quantité injectée dépend des paramètres suivants :- la durée du pilotage et de la vitesse d'ouverture,- du débit hydraulique de l'injecteur, lié à sa conception,- de la pression du carburant dans la rampe d'injection HP.

L'injection peut se faire en trois phases :- la pré-injection,- l'injection principale,- la post-injection.




B Dessin, description.

1

3

4

65

7

89

10

11

2

12

1314

15

16

1. Retour carburant.

2. Connecteur électrique.

3. Arrivée carburant HP.

4. Gicleur d'alimentation.

5. Piston de commande.

6. Ressort d'injecteur.

7. Chambre de pression.

8. Buse de l'injecteur.

9. Aiguille de l'injecteur.

10. Canal d'amenée.

11. Chambre de commande.

12. Gicleur circuit retour.

13. Ressort rappel électrovanne.

14. Bobine de l'électro-aimant.

15. Ecrou chapeau.

16. Aiguille électrovanne de commande.

C. Principe.Les pressions de carburant, utilisées dans le système, interdisent la commande électrique di-recte des injecteurs.L'ouverture de l'injecteur est réalisée par un différentiel de pression entre la chambre de com-mande (11) et la chambre de pression (7).L'aiguille de l'injecteur (9) est plaquée sur son siège par le ressort (6) .Le piston de commande (5) est monté libre dans son alésage et surmonte l'aiguille de l'injec-teur.La tête du piston de commande débouche dans la chambre de commande (11).La chambre de commande est en liaison avec le circuit HP au travers du gicleur (4) et avec le

circuit retour à travers le gicleur (12), de section plus grande; elle est isolée du circuit retour par l'aiguille de l'électrovanne (12).L'aiguille de l'électrovanne est maintenue plaquée sur son siège par le ressort (13).Le carburant est réparti de façon identique entre les chambres (11) et (7).




Ecoulement du fluide, donc pertes de char-ges importantes en J o 1, donc chute de pres-sion (P 1 << Po).

Application de la loi de Bernouilli entre o et 1

19

D. Loi de fonctionnement du système.

MODELISATION DU PISTON.

12

9

6

7

P1 P0

P2

Z

J

BILLE FERMEE

R

5

/ P

Résultante mécanique desactions du corps sur le piston(butée mécanique)

Equilibre hydrostatique (pas d'écoulement)

Po = P 1 = P 2

Résultante des actions mécaniques en pro- jection sur l'axe Z

P 1 x S 1 + R > P 2 x S 2

car S 1 > S 2 et R >0 et P 1 = P 2

Le piston (5) est en appui sur le corpson peut écrire,

P1 x S1 + R = P2 x S2 + Ao

BILLE OUVERTE

ρρρρρ+

C² 1 - C²o2

+ g (Z 1 -Z 2) + J 01 = 0P 1 - P 0

Pertes de charges

Hypothèses : C 1 peu différent de C 2

Z1 = Z 2

d'où P 0 - P 1 = J 01 x ρρρρρ

P 0 >> P 1 et P 2 >> P 1

P1 x S1 + R < P2 x S2 d'où levée d'aiguille




E. Fonctionnement.

Phases de fonctionnement Dessins

1. Action démarreur, premiers tours moteur.

La haute pression provenant de la rampe de distributionet délivrée par la pompe HP, est identiquement répartiedans la chambre de pression sous l'aiguille et dans levolume de commande; l'injecteur est fermée.

P V > P S - P R

PV = action résultante de la pression dans le volume de commande.PR = action mécanique du ressort.PS = action résultante de la pression sur la base de l'aiguille.

2. Injection du carburant.

Au point voulu, le calculateur pilote l'électrovanne, pro-voquant la levée de l'aiguille pilote (16) et autorise unefuite de carburant vers le retour, à travers la bille et lesiège.

L'équilibre des pressions est rompu, l'injecteur s'ouvreet pulvérise le combustible sur le piston.Le temps de l'injection est fonction du temps d'alimenta-tion du solénoïde.

PV < PS - PR

3. Fin d'injection.

L'impulsion électrique est terminée, le ressort de l'aiguillepilote (13) plaque la bille sur son siège, la fuite au retour cesse et la pression augmente dans le volume de com-mande.L'action résultante de la pression pousse le piston decommande qui referme l'injecteur.

PV > PS - PR




F. Phases d'injection.Les deux calibrages (4) et (12) introduisent l'hystérésis nécessaire au bon fonctionnement.

- La vitesse d'ouverture de l'aiguille de l'injecteur dépend du rapport de section entre lesdeux calibrages, car le volume repoussé par le piston de commande et le volume provenant dela rampe de distribution, doivent s'écouler à travers le calibrage (12).

Pour permettre l'ouverture de l'injecteur, (12) doit être plus grand que (4), le diamètre de (2)influe sur le temps de fermeture. L'électrovanne s'ouvre complètement à chaque impulsionélectrique (même pour les débits faibles), donc l'ouverture de l'injecteur dépend de la durée depilotage.

1. Impulsion courte (faible débit).Le piston de commande présente une certaine inertie, l'aiguille de l'injecteur est légèrementlevée. La section de passage pour accéder aux trous de la buse de l'injecteur est très faible etla pression d'injection est égale à la pression dans la rampe minorée par une très forte perte decharge.

2. Impulsion longue (plein débit).Le piston de commande et l'aiguille de l'injecteur sont complètement levés, la section de pas-sage est grande et le combustible est injecté à la pression de la rampe de distribution minoréed'une perte de charge plus faible.

Conclusion,La quantité injectée dépend :

- de la pression regnant dans la rampe d'injection,- du débit hydraulique de l'injecteur,- de la durée du pilotage,- de la section de passage en sortie de l'injecteur, donc de la vitesse d'ouverture.

Ces éléments constituent la cartographie de chaque injecteur, gardée en mémoire par le calcu-lateur.

G. Concept de la cartographie d'un injecteur.




6.4 Le capteur régime.6.4.1 Généralités.

Les informations régime et position du moteur sont fournies par un capteur inductif fixé sur lecarter d'embrayage.Le fil est blindé et le connecteur comporte deux voies, voie 1 = signal sortie, voie 2 = masse.

La résistance entre les voies 1 et 2 est égale à 360 Ohms, le signal émis est une tensionalternative à fréquence variable.

Il définit la position et la fréquence de rotation du vilebrequin à partir d'une couronne montée sur le volant moteur, comportant 60 dents moins 2 dents (dent longue). Le "top" a lieu 114° volantavant le PMH.

6.4.3 Rôle.

6.4.2 Dessin, description.

1



SYSTEME D'INJECTION DIRECTE DIESEL COMMON RAIL PageFORMATION DES EXPERTS 32

6.18.3 Rôle.L'électrovanne de régulation de pression de suralimentation pilote la soupape régulatrice depression du turbo, pour permettre de réguler et adapter la pression de suralimentation auxconditions de fonctionnement du moteur et limiter la pression à une valeur maxi. La régulationde la pression de suralimentation est progressive et est générée par une cartographie intégréeau calculateur.

6.19. L'électrovanne de régulation de recyclage EGR.6.19.1 Généralités.

L'électrovanne de recyclage EGR est implantée dans le compartiment moteur sur un supportrapporté au tablier.L'électrovanne de régulation de recyclage E.G.R met en communication la pompe à vide et lacapsule de la vanne de recyclage.La pression fournie par l'électrovanne est comprise entre la pression atmosphérique et la dé-pression fournie par la pompe à vide.

Lorsque l'électrovanne est alimentée, il y a un recyclage progressif des gaz d'échappement,géré par la cartographie du calculateur. L'électrovanne est reliée d'une part, à la pression at-mosphérique et, d'autre part à la pompe à vide.Caractéristiques électriques :

- commandée par le calculateur, par la masse,- alimentation RCO,- pleine alimentation, dépression maximale,- pas d'alimentation, pression atmosphérique,- résistance à 25 °C = 5 ohms.


23 4 5

6 2

1

3

1. Electrovanne régulation pression.

2. Sortie utilisation.

3. Entrée dépression.


5. Marquage blanc.

6. Entrée pression atmosphérique.

6.19.3 Rôle.

L'électrovanne de régulation de recyclage commande l'ouverture de la vanne de recyclage desgaz d'échappement dans des phases de fonctionnement moteur, bien déterminées.

6.20. Le relais de préchauffage.

6.20.1 Rôle.La procédure d'alimentation des bougies de préchauffage, par l'intermédiaire du boîtier relaisde préchauffage est décidée par le calculateur en fonction des informations délivrées par lasonde de température moteur.





12

3

1. Relais de préchauffage.

2. Support de fixation.


6.21. Le relais de commande du chauffage additionnel.6.21.1 Généralités.

Le système de chauffage additionnel permet de renforcer le chauffage par l'aérotherme et fonc-tionne si besoin après le démarrage du moteur.Il existe deux variantes suivant le pays de commercialisation, une variante avec réchauffeur thermique (chaudière) alimenté en carburant et implanté dans le compartiment moteur (pour

les pays grand froid) et une variante avec des thermoplongeurs (résistances électriques) d'ap-point, implantées sur le circuit d'eau de l'aérotherme.L'assistance de montée en température est pilotée par le calculateur d'injection en fonction dela température du liquide de refroidissement moteur et la température d'air extérieur.Il existe deux montages suivant les véhicules; montage à deux relais et deux groupes dethermoplongeurs ou montage à trois relais et trois groupes de thermoplongeurs


OU

1

2

3

4

5 1. Relais de commande chauffage additionnel.

2.Thermoplongeurs.

3. Réchauffeur thermique (chaudière).

4. Relais de commande chauffage additionnel.

5. Calculateur d'injection.

6.21.3 Fonctionnement.Dès le démarrage du moteur le calculateur détermine, à partir de la courbe (voir leçon page 27)s'il y a besoin de réchauffage.En cas de besoin, le calculateur pilote les relais de commande pour la mise en fonction desréchauffeurs, si toutefois les conditions suivantes sont respectées :

- moteur en fonctionnement depuis 60 secondes,- régime moteur > à 700 trs/min,- tension batterie > à 12 Volts,- température du liquide de refroidissement > à - 40°C.

Le calculateur commande dans un premier temps le premier étage de réchauffeur, puis après20s de temporisation le deuxième groupe.




6.22 La vanne de recyclage EGR.6.22.1 Généralités.

1

23

4

1. Vanne de recyclage

2. Capsule pneumatique de commande.

3. Entrée dépression.

4. Support de fixation.


La vanne de recyclage EGR est fermée lorsqu'elle n'est pas commandée pneumatiquement.Lorsqu'elle est commandée pneumatiquement par l'électrovanne, donc ouverte, une partie desgaz d'échappement est absorbée par le moteur.

La vanne de recyclage est implantée sur le collecteur d'échappement du moteur.

6.22.3 Rôle.Contrôler la quantité de gaz d'échappement à recycler de façon à diminuer la quantité d'oxyded'azote (NOx) rejetée par l'échappement. La diminution des oxydes d'azote est effectuée en ré-injectant une partie des gaz d'échappement à l'admission (baisse de température de la com-bustion). Les phases de recyclage sont mémorisées dans des cartographies.

6.22.4 Dessin d'ensemble de la fonction recyclage.

1

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45

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12

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1. Calculateur injection Diesel.2. Capteur pression atmosphérique.3. Pompe à vide.4. Electrovanne régulation recyclage.5. Vanne de recyclage EGR.6. Répartiteur d'admission.7. Collecteur échappement.8. Electrovanne régulation P turbo.9. Soupape régulatrice de P turbo.10. Régulateur pression turbo.11. Echangeur thermique air/air.12. Capteur pression admission.13. Filtre à air.14. Débitmètre d'air massique.15. Turbine admission d'air.16. Turbo compresseur.17. Turbine échappement.18. Pot catalytique.a. Air frais.

b. Gaz échappement + air.c. Gaz échappement.




12 1. Relais double.


6.23 Le relais double d'injection.6.23.1 Généralités.

Le relais double d'injection est composé de deux relais, un pour alimenter et l'autre pour com-mander.

Après la coupure du contact, le relais double d'injection reste alimenté pendant quatre secondes oupendant six minutes en cas de postventilation.Dès la demande de verrouillage du calculateur d'injection par le système antidémarrage le calcula-teur :

- alimente le relais double d'injection,- est réalimenté par le relais double d'injection (circuit puissance),- permet le dialogue entre le calculateur et le système antidémarrage,- coupe l'alimentation du relais double en fin de dialogue.

Remarque : le système antidémarrage réveille, provoque le réveil du calculateur d'injection à partir de la voie 66 du connecteur.


6.23.3 Rôle.

Le premier relais du relais double permet l'alimentation de la pompe de gavage, des électrovannesde régulation de pression de suralimentation et recyclage des gaz et du débitmètre massique d'air.Le deuxième relais du relais double d'injection permet l'alimentation du circuit puissance du calcula-teur et commande les motoventilateurs.

7. Fonctions complémentaires.7.1 Fonction pré-post chauffage.

7.1.1 Schéma électrique.

1

2

3

4

1. Bougie de préchauffage.

2. Boitier de préchauffage.

3. Calculateur contrôle moteur.

4. Témoin de préchauffage.




7.1.2 Généralités.

Bougies 11V, longueur totale 107mm, montée en température rapide de la chambre de combustion.Boîtier de pré-postchauffage équipé d'un connecteur 7 voies.

- voie 1 : masse,

- voie 2 : non connectée,- voie 3 : + 12V aprés contact,- voie 4 : entrée calculateur,- voie 5 : diagnostic boitier préchauffage,- voie 6 : alimentation des bougies de préchauffage,- voie 7 : + 12V permanent.

Nota : en cas de défaillance du boîtier de préchauffage le calculateur mémorise le défaut.

7.1.3 Rôle.

- Fonctionnement du préchauffage :Dès la mise du contact, le calculateur de contrôle moteur pilote le boîtier de préchauffage, quialimente les bougies de préchauffage et le voyant au combiné de bord. La durée du préchauf-fage est fonction de la température du liquide refroidissement.Le voyant indique par son allumage le fonctionnement du dispositif et à son extinction l'autorisa-tion de démarrer.Si le démarreur n'est pas actionné après l'extinction du témoin, les bougies restent alimentées pen-dant 10s maximum.Pendant la phase démarrage, les bougies sont alimentées si la température du liquide derefroidissement est inférieure à 20°C et si le moteur tourne à plus de 70 trs/min pendant 0,2 sec.

Fonctionnement du postchauffage :Le postchauffage consiste à prolonger le fonctionnement des bougies pour une durée maxi-mum de soixante secondes après la phase de démarrage.Les paramètres qui peuvent interrompre le postchauffage sont la température du liquide derefroidissement du moteur lorsqu'elle est supérieure à 20°C, le débit injecté lorsqu'il est supé-rieur à 35 mm et lorsque le régime du moteur est supérieur à 2000 trs/min.3

7.2 Fonction refroidissement du moteur.

7.2.1 Généralités.Le calculateur du climatiseur informe le calculateur d'injection de la mise en service de la clima-tisation et celui-ci autorise le fonctionnement des motoventilateurs en petite vitesse.Il existe deux possibilités de montage :

- Montage avec un motoventilateur, pouvant fonctionner à deux vitesses, la petite vitesseest obtenue en alimentant le motoventilateur au travers d'une résistance disposée en série sur le circuit d'alimentation; la grande vitesse est obtenue en alimentant directement lemotoventilateur. Le passage de la petite vitesse à la grande vitesse est immédiat.

- Montage avec deux motoventilateurs, pouvant fonctionner à deux vitesses, la petite vi-

tesse est obtenue en alimentant les motoventilateurs en série; la grande vitesse est obtenue enalimentant les motoventilateurs en parallèle. Le passage de la petite vitesse à la grande vitesseest immédiat.




7.2.2 Schémas électriques.

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5

4

6

6

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11

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Montage avec deux motoventilateurs.

Montage avec unmotoventilateur.

1. Relais double injection.2. Combiné de bord.3. Relais 1.4. Motoventilateur.5. Relais 2.6. Relais 3.

7. Motoventilateur.8. Sonde température moteur.9. Calculateur injection.10. Commande relais embrayage compresseur clim.11. Information climatisation en service.12. résistance basse vitesse.

7.2.3 Rôle.

La fonction refroidissement moteur contrôle la mise en marche et l'arrêt des motoventilateurs

pour le refroidissement moteur et pour la fonction climatisation.- Elle contrôle la post ventilation (6 minutes maximum).- Elle contrôle l'allumage du voyant d'alerte température du liquide de refroidissement au com-

biné.- Elle contrôle le logomètre de température du liquide de refroidissement au combiné.- Elle gère le diagnostic du fonctionnement des motoventilateurs.- Elle gère l'acquisition de la température du liquide de refroidissement moteur.- Elle gère les modes dégradés en cas de défaillance sur un des éléments du système.

7.3 Fonction coupure compresseur de climatisation.

7.3.1 Généralités.

Le calculateur gère la coupure du compresseur de réfrigération grâce à un étage du pressostatimplanté sur le circuit de climatisation et grâce à la sonde de température du liquide derefroidissement du moteur.




8. Stratégies d'injection, phases de fonctionnement du système.8.1 Cartographie de débit du calculateur.

8.2 Cartographie des pressions.

En se basant sur les caractéristiques de l'injecteur, le calculateur choisit dans sa propre carto-graphie le couple "pression, volume" qui lui permet d'obtenir le temps d'injection.On peut obtenir des quantités injectées différentes pour un temps d'injection identique, cecigrâce à la variation de pression possible dans le rail.- Lors d'une accélération lente, c'est la pression qui varie.- Lors d'une accélération brutale, on augmente d'abord le temps d'injection, puis on réduit quandla pression est montée.

A partir de l'information régime, la valeur de haute pression est choisie pour que le volumedisponible soit toujours suffisant.

39




8.3 Phases de fonctionnement du système8.3.1 Principe de base.

La quantité de carburant à injecter correspond au besoin du moteur.Dans l'application HDi:

- lorsque le régime moteur est faible (au ralenti par exemple), le temps d'ouverture desinjecteurs peut être long,

- la pression d'injection peut être faible.- quand le besoin énergétique du moteur est plus important (par exemple au régime de

régulation), le temps disponible pour ouvrir les injecteurs est plus faible.- la pression d'injection du carburant doit être beaucoup plus élevée.

Par sa conception, le système d'injection possède trois degrés de liberté:- la pression d'injection en prélevant le carburant sous haute pression dans la rampe d'in-

jection,- le débit de carburant en agissant sur le temps d'ouverture des injecteurs,

- le point de début d'injection.Le cumul de ces trois paramètres définit l'injection de moteur HDi.

8.3.2 Fontionnement général.

La quantité de carburant à injecter est calculée à partir des paramètres suivants:- position de la pédale d'accélérateur,- points de fonctionnement du moteur (régime, température, pression).

En fonction de la quantité de carburant à injecter, le calculateur détermine:- la pression carburant nécessaire dans la rampe d'injection,- le début d'injection,

- le temps d'injection.Pour le démarrage et l'arrêt du moteur le calculateur d'injection fait appel à des stratégies spé-cifiques.

8.3.3 Démarrage du moteur.

L'entrée dans la phase démarrage a lieu dès que le calculateur est mis sous tension.Lors du démarrage le calculateur commande les éléments suivants:

- la pompe de gavage (coupure après trois secondes si le démarreur n'est pas actionné),- les bougies de préchauffage (si besoin),- le régulateur haute pression carburant (montée en pression).

Dès l'action sur le démarreur, le calculateur fixe la valeur de la HP à partir de la température duliquide de refroidissement.Exemple: pour une température > à 0°C, la pression de consigne est 240 bars (RCO de com-mande du régulateur 20%).En début de démarrage, le régulateur est commandé avec le RCO déterminé par la cartogra-phie de démarrage.La pression est régulée dès que:

- le régime dépasse 20 trs/min et qu'au moins 4 tours moteur ont été effectués- la pression dans la rampe d'injection a dépassé les 150 bars.

La phase de démarrage est terminée dès que le régime dépasse un seuil de régime moteur.En cas de difficultés de démarrage, le calculateur force une montée en pression envoyant unecommande de RCO maximale (40%, voire 80%).




8.3.4 Arrêt du moteur.Lors de la coupure du contact, le calculateur provoque l'arrêt du moteur en commandant leséléments suivants:

- tension de commande du régulateur haute pression (RCO = 0),- Coupure de l'alimentation de la pompe de gavage,

- coupure des étages de commande des injecteurs.Nota: les ordres de coupure sont effectués dans un ordre différent à chaque arrêt du moteur,pour permettre au calculateur d'effectuer un diagnostic.

8.4 Stratégie d'injection.Le délai d'inflammation est le principal facteur de production de bruit. Le système "common rail"permet d'écourter ce délai d'inflammation.Lors d'un injection réalisée avec un système classique, une grosse quantité de gazole est déjàintroduite dans le cylindre avant que l'élévation de température due à la compression puissel'enflammer.

L'inflammation brutale d'un gros volume de combustible provoque une montée soudaine de lapression, et une forte élévation du bruit (pic de pression).Le système "common rail" diminue le délai grâce à:

- sa pression d'injection très élevée, qui permet une pulvérisation très fine,- sa commande des injecteurs indépendante et variable, qui autorise plusieurs injections

rapprochées au cours d'un cycle sur un même cylindre.- une injection pilote, ou pré-injection,- une injection principale,- suivant dépollution, une post-injection.

L'injection pilote, déclenchée avant l'injection principale, provoque le préconditionnement de lachambre de combustion sur les plans température et pression.Lorsque l'injection principale se produit, le délai d'inflammation est considérablement réduit par la température et la pression plus élevées dans l'espace mort. La combustion devient plusdouce et plus complète, la montée en pression moins brutale, donc moins de bruit, une sou-plesse accrue, une moindre consommation et moins d'émissions nocives.

La comparaison des pressions moyennes dans le cylindre nous montre:- injection conventionnelle, le pic de pression (courbe 3),

- injection du système "common rail" (courbe 6),- superposition des deux courbes avec mise en évidence du gain de couple (courbe 7).

La quantité de gazole pré-injectée représente 1 à 2% du débit de l'injection principale en pleinecharge.

Le décalage de l'injection pilote avec l'injection principale est d'environ une milliseconde, l'écartangulaire augmente avec le régime.

L'injection pilote est présente jusqu'aux environs de 3000 trs/min.Nota: l'anticipation exagérée des injections pilotes augmente les bruits de combustion. Le débitexcessif est générateur de particules




8.5 Courbes comparatives, influence des injections pilotes.

IPPPm1

A234

B567

α - Angle de rotation du vilebrequin.- Injection pilote.- Pression (bars)- Pression moyenne dans le cylindre.- Levée d'aiguille avec système conventionnel- Délai d'inflammation sans injection pilote.- Fort pic de pression.- Pression correspondante dans le cylindre.- Levée d'aiguille avec common rail.

- Délai d'inflammation avec injection pilote.- Montée progressive de la pression.- Pression correspondante dans le cylindre.- Comparaison des pressions.




9.Le post traitement des émissions.

9.1 Les particules.Malgré sa faible consommation, le moteur Diesel demeure critiqué pour ses rejets de particuleset de fumées noires. Les particules sont constituées de micro sphérules de carbone, sur les-quelles se sont condensés des hydrocarbures provenant du carburant et du lubrifiant; de l'eauet des sulfates sont également présents en surface.La quantité de gazole joue un rôle déterminant sur le niveau des émissions de particules. L'aug-mentation de l'indice de cétane et la réduction des composés polyaromatiques limitent le nom-bre des particules formées. La réduction de la teneur en soufre diminue quant à elle la compo-sante sulfate.Mesurées dans le flux des gaz d'échappement, les particules ont un diamètre voisin de 0,09micron. Piégées par un filtre, ces particules se présentent sous forme d'agrégats dont la tailleest comprise entre 0,1 et 1 microns.La régénération consiste à brûler périodiquement les particules accumulées sur le filtre. En

présence d'oxygène, la régénération du filtre par combustion des particules s'effectue naturelle-ment lorsque la température des gaz d'échappement dépasse 550°C

9.2 Le système filtre à particules.9.2.1 Constitution et présentation de l'ensemble.

1. Ensemble filtre à particules et catalyseur.

2. Capteur de pression.

3. Calculateur moteur.

4. Système d'injection de cérine dans le gazole.

5. Système d'injection directe.

6. Catalyseur.

7. Filtre à particules




9.2.2 Fonctionnement.La régénération du filtre est nécessaire pour nettoyer périodiquement le FAP des particulesaccumulées. L'oxygène résiduel dans les gaz d'échappement étant suffisant, il est nécessaired'atteindre la température de combustion des particules. Composées de carbone et d'HC, lesparticules retenues dans le filtre brûlent (sans additif) à des températures d'environ 550°C.Or si cette température peut être atteinte lors de fortes charges (autoroute, côtes etc..), lorsd'une circulation urbaine la température est de l'ordre de 150 °C. Il faut donc élever la tempéra-ture des gaz pour permettre la régénération.L'opération s'effectue en trois étapes:

- a. Post-injection, le calculateur commande une injection de carburant dans la phasedétente créant une "post-combustion" dans le cylindre, ce qui entraîne une augmentation de latempérature d'environ 200 à 250 °C.

- b. Catalyse, une "post-combustion" supplémentaire est réalisée par le catalyseur d'oxy-dation qui est placé en amont du FAP. Le traitement des HC imbrûlés du à la post-injection élève

la température de 100 °C.- c. Additivation, l'apport de la cérine contenue dans l'additif EOLYS permet une diminutionde l'ordre de 100 °C de la température de combustion des particules.

9.2.3 Tableau récapitulatif.

TEMPERATURE DE REGENERATION NATURELLE DES PARTICULES550 °C

APPORT DE L'ADDITIF

POST-COMBUSTION CATALYTIQUE

TEMPERATURE DES GAZ APRES POST-COMBUSTION

TEMPERATURE DES GAZ SANS AIDE EXTERIEURE150 °C

350 °C

450 °C- 100 °C

+ 100 °C

+ 200 °C

La régénération est nécessaire lorsque les capteurs de pression placés en amont et en aval du

filtre détectent une delta P trop importante significative d'un colmatage. En fonction de la tempé-rature, le calculateur procédera à la post-combustion.

Nota : tous les 80000 Kms, le filtre doit être nettoyé à l'eau sous haute pression pour éliminer lacérine qui se dépose dans le filtre et le réservoir d'additif doit être rempli.

9.3 Catalyse DENOX.

Grâce à la catalyse d'oxydation des HC et CO, le FAP réduit de 90% les particules, pour que lebilan de la pollution du moteur Diesel à injection directe soit très bon il est encore nécessaire deréduire la formation de Nox due au fonctionnement en mélange pauvre.




9.3.1. Constitution.

- Un catalyseur DeNox composé de platine et de zéolithes (minéraux cristallisés).- Amélioration des performances par post-injection.

9.3.2. Fonctionnement.

Pour obtenir une oxydoréduction correcte le système post-injecte une petite quantité de carbu-rant (une centaine de microgrammes) après l'injection principale, ceci permet une réductiondes Nox de l'ordre de 20%.

9.4 Les carburants.

Pour un fonctionnement optimum des différents catalyseurs il est indispensable d'améliorer lescarburants en augmentant l'indice de cétane et en diminuant la quantité de soufre (qui agitcomme un poison pour les catalyseurs). La quantité de soufre autorisée avant octobre 1996était de 2000 ppm, à cette date elle est passée à 500 ppm, l'objectif des constructeurs étant 30

à 50 ppm. 9.4.1 Tableau des valeurs limites proposées par la Commission européenne (g/km)

Moteur DIESEL EURO2 EURO3 (2000) EURO4 (2005)

CO

HC

Nox

PARTICULES

1,06

0,91

0,81

0,10

0,64

0,56

0,5

0,05

0,5

0,3

0,25

0,025

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