Common rail

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Le système common rail ou injection directe à rampe commune ou injection directe à haute pression est une version moderne du moteur Diesel à injection directe[1].

Vue de la rampe d'injection à haute pression d'un moteur de camion Volvo D7E.
Injecteur Bosch common rail.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

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La caractéristique principale d'un système d'injection common rail réside dans la présence d'un unique accumulateur à haute pression, pouvant aller jusqu'à 2000 bars à pleine charge, pour l'alimentation des injecteurs.

Dans les moteurs précédents, à injection directe ou indirecte, une pompe à basse pression amenait par un conduit le carburant aux injecteurs-pompes, ces derniers étant mus par un arbre à cames.

Les systèmes d'injection common rail utilisent principalement des injecteurs piézoélectriques ou à solénoïde qui permettent de contrôler très précisément la quantité et la chronologie de l'injection du carburant dans chaque cylindre. La commande de ce type d'injecteur se fait électriquement et a donc permis l'introduction de l'informatique pour cette technologie, ce qui amène des avantages multiples.

Étant donné que la pression d'injection est donnée en amont, on devrait parler de soupape d'injection, bien que le terme d'injecteur soit toujours utilisé.

Les soupapes d'injection à solénoïdes ou piézoélectriques permettent un contrôle électronique de la durée de l'injection ainsi que de la quantité exacte de carburant à utiliser. De plus, la haute pression permet une meilleure répartition du nuage de carburant dans chaque cylindre. Pour réduire le bruit de fonctionnement du moteur, une infime quantité de carburant est injectée avant l'injection principale. Cette solution appelée pré-injection, permet au carburant de commencer à brûler en un point particulier de la chambre de combustion, à la différence des moteurs diesel qui en sont dépourvus, dans lesquels on a plusieurs points d'allumage non maîtrisés. De ce fait, les moteurs équipés du système common rail sont plus silencieux et ne connaissent plus de pics de pression en obtenant une combustion beaucoup plus régulière; ils permettent une nette diminution des émissions de gaz non brûlés et de la consommation d'environ 15 % avec une hausse des prestations de 12 %[réf. nécessaire]. Le système de pré-injection donne au common rail un ressenti beaucoup plus semblable aux moteurs à allumage commandé, comme les traditionnels moteurs à essence.

Les moteurs les plus sophistiqués peuvent effectuer jusqu'à huit injections par cycle, ils sont appelés Multijet, ainsi nommés par leur inventeur Fiat et Magneti-Marelli.

L'ingénieur italien Alessandro Tripodi, du groupement Fiat/Magneti-Marelli, est l'inventeur du système common-rail. L'Alfa Romeo 156 est la première voiture au monde à être équipée de ce système révolutionnaire. Mercedes Benz sera le premier constructeur étranger à pouvoir utiliser le common rail, en 1997.

Histoire du common rail[modifier | modifier le code]

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Des moteurs avec des principes antérieurs au common rail ont été utilisés, dans le passé, dans les moteurs marins et ferroviaires, sur certaines locomotives. Le moteur Cooper-Bessemer GN-8 de 1942, est l'exemple type du moteur diesel common rail hydraulique le plus connu.

  • 1930 : Le principe du moteur Common rail à injection directe a été développé par des chercheurs de l'École polytechnique de Zurich à partir des années 1930, mais il n'avait jamais été essayé sur des moteurs de petite cylindrée.[réf. nécessaire]
  • 1981 - 1991 Le développement du common rail moderne a débuté en 1981 dans le centre de recherche de Renault VI en coopération avec Renault SA, le premier véhicule de série équipé d'un common rail est le R340 de Renault VI (en 1991)[2]
  • 1996 Les ingénieurs de Fiat ont mis au point le common rail pour moteurs automobiles en 1996. Une pompe, indépendamment du régime de rotation du moteur, injecte du gasoil sous forte pression à l'intérieur d'un conduit, le common rail ou collecteur, qui devient un accumulateur hydraulique c'est-à-dire un réservoir de carburant sous pression prêt à être injecté dans les cylindres du moteur.
  • 1988 - 1997 C'est Fiat qui avait présenté en avril 1988, au salon de Turin, la première voiture équipée d'un moteur diesel à injection directe, la Fiat Croma TDid. C'est à nouveau le groupe Fiat qui propose en 1997, la première voiture de série a être dotée d'une injection Common Rail : l'Alfa Romeo 156
  • 1990 - 1997 La pré-industrialisation du système Common rail a débuté en 1990 dans les laboratoires communs de recherche et développement des sociétés Magneti-Marelli, Centro Ricerche Fiat et Elasis. Profitant des recherches et expériences précédentes du Groupe Fiat, une licence a été cédée au mois d'avril 1994 à la société allemande Robert Bosch GmbH pour sa fabrication et sa commercialisation à grande échelle.
  • 2010 Les moteurs TDI à quatre cylindres du groupe Volkswagen, qui était resté fidèle à la technologie des injecteurs-pompes (PDE en allemand), où chaque injecteur est équipé d'une pompe, sont passés vers 2010 à la technologie Common rail.

Description[modifier | modifier le code]

Schéma d'un système d'injection directe diesel à rampe commune.

Un système d'injection directe diesel à rampe commune est composé :

  • d'une pompe à carburant basse pression dit de gavage indépendante du moteur alimentée en 12V, qui aspire le carburant dans le réservoir pour l'amener au système d'injection,
  • d'une électrovanne située entre la pompe à carburant et la pompe haute pression, qui contrôle le débit de carburant,
  • d'une pompe haute pression, celle-ci entraînée par le moteur, qui alimente la rampe commune en carburant,
  • d'un limiteur de pression à tarage mécanique ou piloté, qui contrôle la pression dans la rampe commune,
  • d'un accumulateur hydraulique, appelé rampe commune, qui constitue une réserve de carburant sous haute pression pour les injecteurs,
  • d'un injecteur par cylindre, jouant le rôle de valves pilotées électrohydrauliquement,

Cet ensemble est contrôlé par :

  • un capteur de pression dans la rampe commune,
  • un capteur de température carburant,
  • un calculateur électronique d'injection (communément appelé ECU pour Electronic Control Unit en anglais) pilotant les actionneurs : les injecteurs, l'électrovanne de contrôle du débit et éventuellement le tarage du limiteur de pression, à partir des informations mesurées par les capteurs.

Le calculateur d'injection utilise les informations issues des capteurs du moteur :

  • position de la pédale d'accélération,
  • pression d'air dans le collecteur d'admission,
  • température et débit de l'air à l'admission,
  • température d'eau dans la culasse,
  • régime moteur et position angulaire mesurée sur l'arbre à came et/ou sur le vilebrequin,
  • ainsi qu'éventuellement l'accélération mesurée sur le bloc cylindre.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. [PDF] L'injection Diesel haute pression à rampe commune, sur le site educauto.org, consulté le 24 decembre 2012
  2. non, c'est le premium 420 DCI à être équipé du système common rail

Articles connexes[modifier | modifier le code]