Moteur Diesel M205 (A4) - TS S PDF

Office de la formation professionnelle et de la promotion du travail Direction de la Recherche et Ingénierie de formation Secteur : Métiers de l’Automobile Manuel de cours M205: Réparer les systèmes d’injection électronique diesel et antipollution 2 ème Ann...

Office de la formation professionnelle et de la promotion du travail Direction de la Recherche et Ingénierie de formation Secteur : Métiers de l’Automobile Manuel de cours M205: Réparer les systèmes d’injection électronique diesel et antipollution 2 ème Année Filière : Diagnostic et éléctronique embarquée automobile Technicien spécialisé Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA Version : 07/03/2022 MOTEUR DIESEL 1  Remerciements La DRIF remercie les personnes qui ont contribué à l’élaboration du présent document : Équipe de conception Mustapha BAIJI, Directeur Centre de Développement des Compétences REM ZIRARI TAOUFIK, Formateur Animateur Toufik EL HASSOUNI , Formateur Animateur Nour Eddin EL AOUCHATI, Formateur Animateur ALLIOUI YASSINE , Formateur Équipe de Lecture et Validation : BENTAHER HAKIM,Formateur AYOUB MOUNIR, Formateur Les utilisateurs de ce document sont invités à communiquer à la DRIF et au CDC Métiers De L’Automobile toutes les remarques et suggestions afin de les prendre en considération pour l’enrichissement et l’amélioration de ce module. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 2  Présentation Le moteur Diesel, appelé également moteur à allumage par compression, est un moteur à combustion et explosion dont la combustion est déclenchée lors de l’injection de carburant dans la chambre de combustion, par un phénomène d’auto-inflammation lié aux températures élevées. Ces températures de 700 à 900 °C sont atteintes grâce à un fort taux de compression (rapport volumétrique de 14 à 25:1).le mélange air-combustible n’est jamais homogène car le combustible n’est injecté que vers la fin du temps de compression. le carburant est introduit sous une pression élevée, de manière à obtenir un brouillard de gouttelettes très fines, dans la chambre de combustion remplie d’air comprimé et très chaud. La combustion dans les moteurs diesel met en jeu des phénomènes physiques et chimiques complexes. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 3  FICHE PRESCRITE COMPETENCE 15: REPARER LES SYSTEMES D’INJECTION ELECTRONIQUE DIESEL ET ANTIPOLLUTION MODULE M205 : MOTEUR DIESEL Code de la compétence : 15 Durée : 80H Contexte de réalisation Critères généraux de performance Individuellement § Respect des règles de santé et de sécurité. § Application correcte des procédures et méthodes de travail Dans un atelier de mécanique § Utilisation appropriée des instruments de contrôle, de mesure et de calibrage. § A partir : § Installation conforme au plan, au devis, au schéma fonctionnel et - D’une plainte et d’un bon de travail, sur un véhicule ou un matériel d’instrumentation ainsi qu’aux instructions du fabricant. didactique. § Respect de la séquence des étapes de la technique d'exécution - Sur des véhicules représentatifs du parc automobile existant. § Respect des délais d’exécution, du temps alloué § A l'aide : - D’outils conventionnels et spécialisé. - D’appareils et d’instruments de mesure. - De matériel et de produits. - De la documentation technique. - D’équipement de protection individuelle. Éléments de la compétence Critères particuliers de performance A. Effectuer la description fonctionnelle des systèmes d’injection § Description fonctionnelle détaillée des systèmes et sous-systèmes. électronique diesel et les systèmes d’antipollution B. Décrire le fonctionnement des systèmes d'alimentation en carburant et § Description détaillée du fonctionnement des systèmes d'alimentation en air en carburant et en air. C. Décrire le fonctionnement des systèmes de gestion électronique d’un § Description détaillée du fonctionnement des systèmes de gestion moteur diésel et les systèmes antipollution. électronique d’un moteur diésel et les systèmes antipollution D. Planifier l’intervention. § Interprétation juste de l’ordre de réparation. § Interprétation juste des consignes techniques du constructeur. § Choix approprié de l’outillage et de l’instrumentation électronique. § Choix approprié des appareils de contrôle et de calibrage. § Mesures de sécurité appropriées. E. Entretenir les systèmes d’injection et d’antipollution § Identification correcte de l’état de fonctionnement du système § Prise en considération de l’historique de l’équipement disponible § Vérification minutieuse du fonctionnement des organes ou des systèmes. § Identification correcte des exigences et des paramètres de fonctionnement du fabricant. § Prise en considération de la disponibilité des composantes ou des pièces de rechanges nécessaires § Organisation appropriée des programmes d’entretien préventif § Exécution correcte de l’entretien F. Remettre en état les systèmes d’injection et d’antipollution § Vérification minutieuse de l’anomalie. § Détermination correcte des problèmes de fonctionnement et de leurs causes. § Identification correcte des composantes défectueuses. § Pertinence des corrections apportées et des pièces remplacées. § Application correcte des règles de santé et de sécurité. G. Finaliser l’intervention § Rangement approprié des outils. § Nettoyage approprié de l’aire de travail. § Rédaction correcte de l’ordre de réparation et des travaux effectués. § Rédaction correcte d’un rapport technique. § Manipulation et traitement approprié des produits destinés au recyclage. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 4 températures élevées. Ces températures de 700 à 900 °C sont atteintes grâce à un fort taux de compression (rapport volumétrique de 14 à 25:1).le mélange air-combustible n’est jamais homogène car le combustible n’est injecté que vers la fin du temps de compression. le carburant est introduit sous une pression élevée, de manière à obtenir un brouillard de gouttelettes très fines, dans la chambre de combustion remplie d’air comprimé et très chaud. La combustion dans les moteurs diesel met en jeu des phénomènes physiques et chimiques complexes. I. Formation du mélange et déroulement de la combustion : 1. Les caractéristiques du Gazole : Le gazole, gasoil, gas-oil, diesel, est un carburant pour moteur à allumage par compression (moteur Diesel) La couleur : Jaune orangé, Rouge ou bleu Le pouvoir calorifique : c’est le contenu énergétique du combustible, c’est à dire la quantité de chaleur donnée par la combustion théorique d’un Kg de combustible, pour le Gazole, il donne 10800 calories. Masse volumique : Elle est variable suivant l'origine du pétrole brut et le mode de traitement subi (en moyenne, de 0.850 Kg/dm3 à 15ºC) et elle diminue de 0.0007 pour chaque degré d'élévation de température. Viscosité : environ 9.5 mm2/s à 20ºC. Indice ou nombre de cétane (C16H34) : (Aptitude à l'inflammation rapide) Dans le moteur Diesel, il est nécessaire que le gazole présente une structure chimique favorable à l'auto-inflammation. Cette qualité s'exprime par l'indice de cétane. On appelle "indice de cétane" du combustible à étudier, le pourcentage de cétane contenu dans un mélange qui produit le même délai d'allumage que le combustible essayé. Pour moteurs diesel ont un nombre de cétane compris entre 45 et 55 (pour le gazole moteur, l'indice doit être au moins égal à 48), un indice de cétane élevé contribue à améliorer de nombreuses qualités d'utilisation : démarrage aisé, bruit moins intense, notamment au ralenti à froid, émissions moins élevées de fumées blanches et noires, rejets moindres de polluants gazeux (monoxyde de carbone, hydrocarbures). Température d’auto-inflammation : pour le gazole 250 ºC. Point d’éclair : température d’inflammation des vapeurs au contact d’une flamme, pour le gazole la valeur théorique minimum est 55ºC, elle est en réalité 75 ºC. Volatilité : Pratiquement, la distillation du gazole commence vers 200ºC et se termine aux environs de 370ºC. Teneur en soufre : 0,3%, il forme de l’acide sulfurique avec la vapeur d’eau et des dépôts abrasifs avec les résidus carboneux. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 5  Teneur en cendre : 0,0005 maxi, c’est le pourcentage de la matière solide non combustible, c’est un abrasif très dangereux pour le moteur et l’équipement d’injection. Équation de réaction chimique du gazole pour une combustion complète : C7.25H13 + 10.5 O2 + (10.5 x 3.8) N2 --------> 7.25 CO2 + 6.5 H2O + 40 N2 C7.25H13 : gazole O2 : dioxygène N2 : diazote CO2 : dioxyde de carbone H2O : eau 2. Comparaison entre carburants pour moteur à essence et moteur diesel : essence diesel Il est volatil Il est peu volatil. Il est introduit dans le moteur par courant d’air. Il est introduit sous pression dans le moteur. Il forme un mélange homogène. Il forme un mélange homogène. Vitesse d’oxydation rapide mais il y a Vitesse d’oxydation faible. Incertitude sur le nécessité d’une pression et une début d’inflammation : nécessité d’enflammer température élevées pour l’inflammation par étincelle. et l’évaporation. L’indice d’octane caractérise le pouvoir L’indice de cétane caractérise l’aptitude à antidétonant de l’essence (évite l’auto- l’inflammation spontanée. inflammation). 3. Processus de formation du mélange et de la combustion : FIG1 Contrairement à la plupart des moteurs Otto (essence), la formation interne du mélange permet le fonctionnement du moteur Diesel. Le carburant est injecté à haute pression et vaporisé dans la chambre de combustion, il s'enflamme spontanément au contact de l'air surchauffé par la compression.  L’introduction : Injection sous pression des premières gouttelettes finement pulvérisées où l’air comprimé réchauffé est présent.  Echauffement et vaporisation rapide des premières gouttelettes en contact de l’air chaud. FIG.1 :Combustion complète des gouttelettes de carburant Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 6  L’auto-inflammation : Inflammation des premières gouttelettes et dégagement d’une chaleur supplémentaire nécessaire à la vaporisation et l’inflammation du carburant non vaporisé.  La propagation de l’inflammation : l’injecteur continue à introduire d’autres gouttelettes qui, avant d’avoir eu le temps de s’échauffer suffisamment, vont cependant se trouver au contact des gaz de combustion brusquement portés à forte température. Ce contact provoque l’inflammation en chaîne du combustible injectée et la combustion rapide qui en résulte, engendre un cognement caractéristique des moteurs diesel. Un excès d'air est toujours nécessaire, car il permet :  De mieux mélanger l'air et le combustible et d'enflammer les gouttelettes non mélangées à l'air au moment de l'injection.  D’assurer la présence de la quantité d’oxygène nécessaire aux différentes phases de combustion (varie selon le remplissage et la température d’air aspiré). Théoriquement il faut 20 à 22 g d'air pour brûler 1 g de gazole; en pratique, on utilise 25 à 30 g d'air, en moyenne, pour brûler 1 g de gazole. II. DELAI D’INJECTION – DELAI D’ALLUMAGE Le carburant (gasoil) à l’état liquide est injecté dans le cylindre à un moment précis pour assurer une pression de combustion qui pousse sur le piston ni trop tôt ni trop tard, soit entre 10° et 15° avant le PMH. Le carburant brûle seulement lorsqu’il est à l’état de vapeur (obtenu par l’addition de chaleur) et intimement mélangé à un approvisionnement d’oxygène. 1. Nécessité de l’avance à l’injection a) Délai d’injection : C’est le temps très court qui s’écoule entre l’ouverture du clapet de refoulement de la pompe et le début de l’injection à la sortie de l’injecteur. b) Délai d’allumage : Le temps très court qui sépare le début de l’injection du début de l’inflammation du combustible est FIG2 :Courbe de combustion appelé « délai d’allumage ». Ce délai, qui fait intervenir certains phénomènes physiques et chimiques liés à la nature du combustible, se décompose en : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 7  Délai physique : C’est le temps pendant lequel les fines gouttelettes de gazole s’échauffent au contact de l’air chaud jusqu’à la vaporisation. Délai chimique. Pendant ce temps, qui précède l’inflammation, se réalise « l’oxydation » du gazole. En principe ce délai varie entre 0.001 et 0.002 seconde, mais durant ce temps très court, l’arbre manivelle balaye un angle de 10° à 20° suivant la vitesse du moteur. Si ce délai est trop long, il y aura du retard à l'allumage, une quantité de carburant trop importante sera injectée dans la chambre de combustion. L'inflammation de ce grand volume de carburant va provoquer une brusque augmentation de la pression, des cognements vont se faire entendre et des dégâts sont possibles aux composants du moteur. Le rendement va sensiblement diminuer. Cette mauvaise combustion est clairement audible. 3- Facteurs agissant sur la valeur du délai d’allumage - Le combustible : l’indice de cétane doit être élevé. - Température d’auto-allumage du combustible : chaque combustible à sa température d’auto-allumage. Un bon gas-oil s’allume avec un délai d’allumage raisonnable ; si la température d’auto-allumage augmente, le délai d’allumage augmente. - Température de l’air : chaque gouttelette de combustible subit de la part de l’air environnant un appoint de chaleur qui permet de la porter à la température d’allumage. Le délai sera plus court si la température est élevée. - La densité de l’air : la quantité de chaleur emmagasinée est proportionnelle à la masse d’air. L’échauffement des gouttelettes se fera plus rapidement. Une augmentation de la densité de l’air entraîne une diminution du délai d’allumage. - Rapport de compression : les deux facteurs précédents s’améliorent avec l’augmentation de la compression volumétrique, les fuites d’air augmentent le délai d’allumage. - Turbulence : elle facilite les échanges de température donc diminuent le délai d’allumage. - Finesse de la pulvérisation : elle diminue le délai d’allumage, cette condition dépend de la pression au début de l’injection et de l’injecteur. - Influence des parois : une réfrigération trop poussée peut abaisser la température de l’air. - Avance à l’injection : chaque type de moteur possède une avance optimale qui peut varier les conditions de fonctionnement. Les raisons suivantes peuvent provoquer un délai d'inflammation trop long:  La température en fin de compression est trop basse.  trop d'avance à l'injection.  pression d'injection trop faible.  indice de cétane du carburant trop bas.  faible tourbillonnement de l'air comprimé. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 8   Grosse diamètre des gouttelettes de gasoil injecté. III. Combustion complète et incomplète : Toutes les voitures, quel que soit leur carburant, rejettent différents produits de combustion : Le dioxyde de carbone (CO2) ; Le monoxyde de carbone (CO) ; Le dioxyde d'azote (NOx) ; Les hydrocarbures non brûlés (HC) En plus de ces produits de combustion, les moteurs fonctionnant au gazole rejettent des particules de suie. Tous ces rejets sont à l'origine de différentes pollutions de l'air. La combustion complète : Dans des conditions de combustions optimales (irréalisables dans un moteur) : C 7.25 H13 + 10.5 O2 + (10.5 x 3.8) N2 --------> 7.25 CO2 + 6.5 H2O + 40 N2 C7.25H13: Gazole; O2: oxygène; N2: azote ; CO2 : dioxyde de carbone ; Plus la combustion est complète, plus le rendement est important. Plus le rendement est important, plus le moteur est performant. Plus le moteur est performant, il consomme moins de carburant et émis moins des émissions polluantes. La Combustion incomplète : En fonction de la charge, le moteur Diesel fonctionne avec différents excès d'air (λ > A pleine charge, l'excès d'air est faible jusqu'à (λ env. 1,3). En charge partielle ou au ralenti, l'excès d'air va jusqu'à (λ env. 1,8). Malgré cet excès d'air, le carburant n'est ponctuellement que partiellement brûlé. Il en résulte les polluants suivants: Monoxyde de carbone (CO), hydrocarbures non brûlés (HC) et particules (PM = anglais. particulates matter). Les suies (FIG3) sont des produits carbonés formés en raison de la combustion incomplète, les particules les plus petites sont les plus nocives car elles pénètrent plus activement dans le système respiratoire. Une autre conséquence préoccupante de ces suies dans l’atmosphère est leur influence négative sur le réchauffement climatique. FIG3 : Particule de suie Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 9 Il en résulte également des produits provenant des impuretés ou des additifs contenus dans le carburant ou les lubrifiants, comme p. ex. des liaisons de métal ou de soufre. La température de combustion dans un moteur gazole est plus importante que dans un moteur à essence, La production de dioxyde d'azote est donc plus importante : Les oxydes d'azote NOx (formés de monoxydes d'azote NO et de dioxydes d'azote NO2) se dégagent en cas de températures et de pressions de combustion élevées et lors de grandes vitesses de propagation des flammes. L’excès d'air au ralenti et en charge partielle contribue à augmenter les émissions de NOx. IV. Les normes d’antipollution : La Norme euro a pour but de réduire les émissions de gaz polluants provenant de véhicules routiers en forçant les constructeurs automobiles à produire des voitures et des camions plus propres. Pour cela, les constructeurs doivent respecter des taux d’émissions de particules de plus en plus bas. Ces normes sont classées de 1 à 7. Plus la norme est élevée, plus elle sera récente. Les oxydes d’azote (NOx) : Les normes Euro 1 et Euro 2 ne prenaient pas en compte ce polluant. Puis, en 2001, la norme Euro 3 a fixé la limite de 500 mg/km. 14 ans plus tard, le plafond a été ramené à 80 mg/km avec la norme Euro 6. FIG.4: Comparaison entre les normes d'émission d'oxydes d'azote (NOx) et les émissions mesurées Pour les particules fines (PM) émises par le diesel, des véhicules diesel. la norme Euro 1 les limitait à 140 mg/km alors que l’Euro 6 fixe le maximum à 4,5 mg/km. Le tableau ci-dessous contient les valeurs limites européennes pour les nouveaux véhicules à moteur Diesel : Norme Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6b Euro 6c Oxydes d'azote (NOx) - - 150 80 60 60 60 Monoxyde de carbone (CO) 2 720 1 000 640 500 500 500 500 Hydrocarbures (HC) - - 200 100 100 100 100 Particules (PM) - - - - 5 5 4,5 Valeurs exprimées en mg/km. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 10  Remarque : La législation anti-pollution Euro 5/Euro 6 exige une interdiction de redémarrage si un agent de réduction supplémentaire est utilisé pour le post-traitement des gaz d'échappement aussi bien en cas de manque imminent d'urée (ADBLUE) qu'en présence de certains défauts dans le système. Le conducteur doit être mis en garde à temps et avec insistance par des moyens sonores et visuels pour empêcher que ne survienne l'interdiction de redémarrage. Récapitulatif : Les constructeurs sont retrouvés face à un ensemble des exigences et normes à respecter : le respect des normes anti-pollution, la fabrication des moteurs plus économiques et plus performants en même temps. Le processus complexe du déroulement de la combustion est lié à la bonne formation du mélange qui est influencé par les caractéristiques principales suivantes : Caractéristiques Exemple de mesures d‘amélioration Combustible utilisé Indice de cétane, l’ajout des additifs Formation et homogénéité du Type de chambre de combustion (injection directe, mélange préchambre, chambre de turbulence...), canaux d'admission appropriés (forme, volet de tourbillon……) Pression d'injection, qualité de Evolution des Pompes d’injection et des injecteurs, la la pulvérisation gestion électronique d‘injection………………. Point d'injection et taux Evolution des Pompes d’injection et des injecteurs, la d'introduction. gestion électronique d‘injection…………. Pression de compression dans lié au rapport volumétrique, état mécanique du le cylindre moteur moteur ……………………. Température de l'air et Dispositifs de préchauffage, Refroidisseur air/air, quantité d'oxygène au moment suralimentation, pré injection,……………… de l'injection. Plus la pression dans le système d'injection est élevée, plus de carburant peut être injecté dans le cylindre dans un laps de temps égal, plus les gouttelettes sont fines, par conséquent, plus de puissance peut être réalisée. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 11 V. Les types des moteurs diesel : (FIG.5) Dans les moteurs Diesel, on distingue principalement deux types différents d'injection:  L’injection directe dans une chambre de combustion unique (DI = direct injection). L’injection indirecte dans une chambre secondaire lorsque la combustion est réalisée dans deux chambres séparées (IDI = indirect injection). FIG.5 : Les types d'injection Diesel 1. Les moteurs Diesel à injection indirecte : Les procédés à chambre de précombustion et à chambre de turbulence se différencient par la forme de leur chambre secondaire. La chambre secondaire est placée dans la culasse et comprend le porte-injecteur, l'injecteur et la bougie de préchauffage. La chambre secondaire est reliée à la chambre de combustion principale par un canal terminal (chambre de turbulence) ou une conduite à jet (chambre de précombustion). FIG.6 : Chambre de précombustion FIG.7 : Chambre de turbulence Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 12 Fonctionnement : L’air comprimé est poussé dans les conduites en direction de la chambre de précombustion où il arrive en tourbillonnant. Le carburant est alors injecté dans le flux d'air à une pression allant de 130 à 450 bars, Une bonne partie du carburant va alors se répartir sur les parois de la chambre. Le carburant qui s'est mélangé avec l'air va s'enflammer. La chaleur produite par cette combustion évapore le carburant accumulé sur les parois de la chambre secondaire et brûle à son tour. La pression ainsi produite souffle le mélange enflammé vers la chambre principale où la combustion se termine. La combustion se fait donc en deux temps. Avantages d’injection indirecte Inconvénients d’injection indirecte :  Le bruit de fonctionnement est moins  La consommation spécifique est plus élevée faible et le rendement thermique est plus faible :  Le système d’injection est moins dans ce type de moteur, la grande surface sollicité que sur un moteur à injection des chambres de combustion provoque une direct (Pression de la pompe plus perte de chaleur importante. basse et tarage des injecteurs plus  Un dispositif d'aide au démarrage à froid doit faible) être prévu car la forte perte en chaleur ne  La souplesse de fonctionnement est permet pas une préparation du mélange très bonne suffisante à basse température. 2. Les moteurs Diesel à injection directe : Le carburant est injecté par des injecteurs à trous, à une pression pouvant atteindre 2200 bars, dans l'air chaud de la chambre de combustion réalisée à l'intérieur de la tête du piston. Le tourbillon d'air nécessaire à une combustion complète est formé par des canaux de turbulence et la forme du piston. Dans ces moteurs, la surface réduite de la chambre de combustion permet de diminuer les pertes de chaleur, produisant ainsi un rendement thermique supérieur. Un dispositif de démarrage à froid n'est nécessaire qu'en cas de températures extérieures très basses. Lorsqu'un dispositif de chauffage est utilisé lors du démarrage et de la phase de montée en température du moteur, c'est pour permettre une réduction des émissions de gaz polluants FIG8 :Injection directe Les avantages des moteurs à injection directe : Faible consommation de carburant (jusqu'à 20 % de moins que les moteurs à injection indirecte). Les bruits de cognements de ce système ont pu être diminués grâce à la mise en œuvre d'une pré-injection. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 13 VI. Evolution des systèmes d’alimentation en carburant des moteurs Diesel Le système d’alimentation en carburant permet d’introduire le gazole dans l’enceinte thermique afin de réaliser la combustion, en tenant compte des différents paramètres de fonctionnement (position accélérateur, régime moteur…). Quel que soit le type du système d’alimentation (d’injection classique ou injection électronique), Ils ont pour tâche:  De créer la pression nécessaire.  D’injecter la quantité nécessaire de carburant (régulation du débit d'injection).  De définir le début de l'injection (régulation du début de l'injection).  De distribuer le carburant aux différents cylindres selon l’ordre d’injection Les systèmes d’injections classiques : (FIG.9) (FIG.9) :Système d’injection diesel classique Le circuit d’alimentation Diesel est divisé en trois grandes parties: Le circuit basse pression (3): Permet l’alimentation en carburant de la pompe d’injection depuis le réservoir. Allant du réservoir(7) à l’entrée de la pompe haute pression(5) en passant par le filtre (4). Le circuit haut pression (2): Permet l’alimentation en carburant des injecteurs depuis la pompe d’injection. Il va de la sortie de la pompe haute pression(5) aux injecteurs(6). (Pompe à injection, tubes d'injecteurs et injecteurs). Le circuit de retour (1): la quantité de carburant envoyée aux injecteurs est toujours supérieure à celle injectée dans le cylindre. Le surplus des injecteurs et de la pompe d’injection doit retourner au réservoir via les circuits de retour tout en contribuant au refroidissement des éléments du circuit d’injection. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 14 Remarque importante: Les ennemis des moteurs diesel qui résultent leurs dysfonctionnements et la détérioration des équipements d’injection sont : - L'eau : il résulte sous l’effet de la condensation du carburant après l’augmentation de sa température, contre cela, il existe des décanteurs sur les filtres ou à la sortie du réservoir. - L'air : les prises d’air résultent après le remplacement d’un composant, contre cela, il existe des purges sur le circuit de gazole. Les fissures des canalisations ou le mauvais serrage entre les composants du circuit basse pression provoque la naissance des prises d’air dans le circuit - La poussière et la poudre métallique: à l’origine d’une mauvaise qualité du carburant et les résidus des équipements d’injection sous l’effet des frottements contre cela, il existe des filtres pour le gazole Les composants communs des systèmes d’injections : Le réservoir: Il permet de stocker le gazole, il est muni d’une jauge qui informe le conducteur du niveau de carburant. Afin de limiter la présence d’eau dans le circuit, un dispositif de refroidissement du carburant est ajouté sur le circuit de retour car les différences de températures créent de la condensation sur les parois des réservoirs. Il est parfois muni d’un bouchon de purge permettant l’évacuation des impuretés. Filtre décanteur: FIG.10 Il élimine les impuretés afin de ne pas endommager la pompe d’injection et les injecteurs. Il est souvent équipé d’un décanteur dont le rôle est de retenir l’eau contenue dans le gazole. Il peut aussi être doté d’un système de réchauffage du gazole afin de le rendre plus fluide. L'élément de filtrage est constitué de papier filtre spécial, Cet élément filtrant doit être remplacé à chaque périodicité de maintenance du filtre (env. 30 000 km). Si le carburant contient de l'eau, le filtre à enroulement papier retient cette eau d'un côté et la restitue de l'autre sous forme de grosses gouttes. La durée de vie de l'équipement d'injection dépend en grande partie de la qualité du filtre et du respect des intervalles d'entretien. Le porte filtre est généralement muni FIG.10 : filtre décanteur d’une vis de purge permettant d’ôter l’air du circuit après une défaillance ou lors de l’échange des filtres. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 15 L’eau du gazole peut être évacuée du circuit par l’intermédiaire de la vis se situant sous le carter des filtres. La pompe basse pression Elle sert à envoyer le gazole du réservoir à l’entrée de la pompe d’injection avec un débit et pression suffisante. L’injecteur: Il introduit en pulvérisant le carburant dans le cylindre à haute pression et à des fines gouttelettes en dosant avec précision le débit et le point d’avance. Son principe repose sur le fait de forcer le carburant à passer par un petit orifice. Description d’un injecteur : FIG.11 Cet ensemble se compose de 2 grandes parties : La porte injecteur : Il canalise l’arrivée et le retour du gazole et il supporte le ressort de tarage et possède un système de réglage de celui-ci. L’injecteur : Il est lui-même composé de deux pièces : A- L’aiguille ; B -La buse. 1 Canal d‘arrivé 7 Filtre tige Raccords de récupération 2 Corps de porte injecteur 8 des fuites de carburant 3 Canal de refoulement 9 Rondelles de tarage Ressort de pression 4 Disque intermédiaire 10 d‘injection 5 Écrou raccord d‘injecteur 11 Tige poussoir Écrou raccord pour la 6 12 Ergot de positionnement conduite de refoulement FIG.11 : Injecteur classique Remarque : - L'aiguille est lubrifiée et refroidie par le combustible (faible fuite entre l'aiguille et la buse). - La pression d'ouverture de l'aiguille de l'injecteur dépend de la valeur de compression du ressort dans le porte injecteur et s'appelle, pression de tarage de l'injecteur. - Le débit maximal d'un injecteur est déterminé par: La section de passage du carburant dans la buse (nombre et diamètre des orifices) et par la levée d'aiguille : La levée d'aiguille de l'injecteur à une grande importance sur la qualité de l'injection Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 16 Les différents types d’injecteurs : FIG.12 Il y a 2 grands types d’injecteurs :  Les injecteurs à téton.  Les injecteurs à trous (un seul ou multiples). Les injecteurs à téton : utilisés sur les différents systèmes à injection indirecte, Pression de tarage 100 à 150 bars. Le téton empêche la calamine de boucher la sortie et détermine la forme du jet. La répartition est assurée par la turbulence des gaz. Les injecteur à trous : qui pulvérisent et répartissent bien le gasoil. Ils sont utilisés en injection directe avec des pressions de tarage importantes (200 à 400 bars). L’extrémité de la buse est percée d’un trou central ou de plusieurs trous, Le diamètre des trous d'injection varie en fonction de la quantité de carburant à injecter: 0,15 mm pour les moteurs FIG.12 : Injecteurs à téton et à trous multiples de petite cylindrée et jusqu'à 0,4 mm pour les moteurs de grosse cylindrée. Ce type d’injecteur est sensible à l'encrassement. La pompe d’injection : Elle serte à élever la pression du gazole afin qu’il puisse être pulvérisé au niveau de l’injecteur à des fines gouttelettes. FIG.13 : Evolution de la pression d‘injection Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 17 Afin de respecter les normes d'émissions de gaz polluants, d’améliorer les performances et de diminuer la consommation des moteurs Diesel, les systèmes d'injection modernes fonctionnent à des pressions toujours plus élevées (FIG.13) et de façon toujours plus précise, c'est pourquoi les constructeurs automobiles ont évolués les circuits d’alimentation en carburant. Chronologie d’évolution des systèmes d’injection : FIG.14 a) Circuit d’alimentation avec pompes distributrices à piston axial à régulation mécanique/électronique et injecteurs classique. b) Circuit d’alimentation avec pompes distributrices à pistons radiaux à régulation électronique et injecteur classique c) Circuit d’alimentation éléments injecteur-pompe avec dispositif de commande électromagnétique ou piézo-électrique. d) Injection électronique Common Rail avec injecteurs électromagnétique ou piézo- électrique. FIG.14 : Evolution des pompes d’injection haute pression Alimentation avec Pompe d’injection en ligne FIG : 15 La pompe d'injection à éléments en ligne se compose d'autant d'éléments de pompe(9) que le moteur a de cylindres. Les pistons de pompe sont commandés par un arbre à cames(8) qui est entraîné par le moteur, et qui est placé à la partie inférieure de la pompe d'injection - La pression d'injection se fait grâce au mouvement axial vertical, ce mouvement est donné par l'arbre à cames dans la pompe entrainé par le moteur via la distribution. - La régulation de la dose à injecter (régime du moteur) se fait par la rotation du piston entrainé par la crémaillère qui fait tourner le secteur denté solidaire du piston. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 18  - La distribution du carburant aux cylindres est assurée par l’arbre à came de la pompe d’injection 8 selon la position des cames, elle est adaptée selon l’ordre d’injection du moteur. 1-Réservoir. 7- Clapet de refoulement 2-Filtre décanteur. 8-Arbre à came de la pompe d’injection 3-Injecteur. 9-Element de pompage 4-Pompe d’injection. 10- Variateur d’avance 5-Pompe d’alimentation. FIG.15 : Circuit d’alimentation en carburant avec pompe en ligne Un inconvénient de cette construction est de générer un débit irrégulier, dont le taux d'irrégularité est lié au nombre de pistons. Alimentation avec pompe distributrices à piston axial à régulation mécanique : - Un seul élément, le piston axial, assure le refoulement du gasoil quel que soit le nombre des cylindres moteur, ce qui favorise légalité de débit entre les cylindres - Il y a toujours égalité des débits entre les cylindres. - Le gasoil assure la lubrification et le refroidissement des éléments de la pompe d’injection. La pompe se compose de quatre groupes fonctionnels : FIG.16 - La pompe d’alimentation à palettes (1). - La pompe haute pression avec piston distributeur (5). - Le régulateur de vitesse mécanique (4). - Le variateur d’avance à l’injection (3). FIG.16 - L’électrovanne(2) permet d'arrêter le moteur par la fermeture du canal d'alimentation de la chambre haute pression du piston distributeur. Electrovanne alimenté : canal d’alimentation ouverte. non alimenté : canal d’alimentation fermée. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 19  1- Réservoir 2- filtre décanteur 3- injecteur 4- électrovanne d’arrêt 5- soupape de décharge 6- Arbre d’entrainement 7-pompe à palette 8-orifice calibré de retour 9- variateur d’avance 10- Porte galets 11- disque à cames 12- piston distributeur 13- tiroir de débit 14- clapet de refoulement 15- levier de régulation de vitesse 16-pignon du régulateur de régime 17- régulateur centrifuge 18- vis de réglage du débit pleine charge. FIG.17 : Circuit d’alimentation et description de la pompe distributrices à piston axial à régulation mécanique Alimentation et refoulement basse pression : La pompe à carburant basse pression (FIG.18) est située dans le boîtier de la pompe d'injection sur l'arbre d'entraînement et sert à prélever le carburant du filtre à carburant et à l'alimenter la pompe à injection. Le débit (env. 100 à 180 l/h) est suffisant pour alimenter l'élément de pompe à haute pression et pour refroidir et lubrifier la pompe d'injection. La pression d’alimentation de la pompe et proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, la soupape de décharge (5) et l’orifice calibré (8) assurent le maintien de la pression à l’intérieur de la pompe d’injection 1 - arbre d'entraînement; 2 - corps de pompe ; 3 - soupape de régulation de pression ; 4 - ressort; 5 – palettes ; 6 - rotor; 7 - bouchon fileté; 8 - corps du régulateur de pression FiG.18 - Schéma de fonctionnement de la pompe à carburant basse pression Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 20 Création de la haute pression et distribution du carburant: (FIG.18 et 19) Le carburant provenant de la chambre intérieure de la pompe, passe par le canal d'admission et la rainure de remplissage du piston distributeur pour arriver dans la chambre haute pression de la pompe. L'arbre d'entraînement imprime un mouvement rotatif au piston distributeur, ainsi qu'au disque à cames. Celui-ci possède autant de bossages que le moteur possède de cylindres. Ces cames déplacent axialement le piston distributeur à chaque passage sur les galets radiaux du porte-galets. Le mouvement rotatif du piston distributeur permet d'ouvrir et de fermer les rainures de remplissage ainsi que de distribuer, par l'intermédiaire de la rainure de distribution, le carburant sous pression vers les canaux de refoulement de la tête de distribution. 1 – arbre d'entraînement; 2 - anneau à rouleaux; 3 - rouleau; 4 - disque à came; 5 - ressort de rappel; 6-clapet de refoulement ; 7 – piston axial ; 8-canal d’admission ; 9-rainure de remplissage FIG.19 : Schéma du mouvement du carburant dans la pompe d'injection de distribution Injection du carburant Elle commence dès que la rainure de distribution a atteint le canal de refoulement. La haute pression soulève la soupape de refoulement de son siège et le carburant afflue par les conduites d'injection vers les injecteurs. Fin d'injection : L’injection se termine lorsque le tiroir de régulation libère l'orifice de décharge du piston distributeur. Durant le mouvement résiduel, le carburant reflue dans la chambre intérieure de la pompe. Après le PMH, le piston distributeur se déplace en position PMB et ferme l'orifice de décharge au moyen du tiroir de régulation. La chambre à haute pression est à nouveau remplie par la prochaine rainure FIG.20: Fonctionnement de l'élément de pompe. d'alimentation du piston distributeur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 21 En plus de commander le mouvement du piston distributeur, le disque à cames ou bossages influence aussi la pression et la durée d’injection qui vont dépendre de la forme des cames (hauteur des cames et forme des rampes de cames). Régulation de débit d’injection pression /régime : (FIG.21) La position de la bague de débit ou de régulation sur le piston distributeur de la pompe d’injection qui détermine la quantité refoulée par la pompe d’injection, autrement dit la Le contrôleur de vitesse automatique comprend un régulateur mécanique avec des poids centrifuges et un système de leviers de commande qui relient le contrôleur et les éléments de réglage avec un embrayage de dosage FIG.21 : Fonctionnement du régulateur centrifuge Un régulateur de régime de type centrifuge, dont les masselottes et le manchon central sont entraînés par un engrenage, Assure les fonctions : - Régulation du ralenti. Empêche toute baisse excessive du régime de ralenti. - Régulation du régime maximum. Evite le dépassement du régime maximal autorisé. - Régulation du régime intermédiaire. Le régime souhaité par le conducteur, situé entre le ralenti et le régime maximal, est maintenu constant, même en cas de changement de charge. Les masselottes et le manchon central déplacent le tiroir de régulation par l'intermédiaire du levier de régulation. La position de ce tiroir est ainsi modifiée en fonction de la charge et du régime. Démarrage/ralenti : Les masselottes poussent le manchon qui agit contre la tension des ressorts de démarrage et de ralenti, le régime de ralenti est ainsi stabilisé. Régime maximal : Lorsque le moteur atteint son régime le plus élevé, les masselottes agissent contre le ressort de régulation. Le levier pivote, déplace le tiroir de régulation qui libère l'orifice de décharge. L'injection est coupée et le moteur ne peut pas dépasser son régime maximal Variateur de l’avance à l’injection : (FIG.22) L'angle d'avance d'injection de carburant optimal assure le déroulement normal du processus de combustion. Après le début de l'injection, un certain temps est nécessaire pour l'évaporation du carburant et la formation d'un mélange combustible. Ainsi, la période de retard à l'allumage dépend de l'indice de cétane du carburant, du taux de compression, de la pression, de la température de l'air et des caractéristiques d'injection et pulvérisation du carburant. La longueur de la période de retard en degrés augmente avec l'augmentation Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 22 du régime. Par conséquent, afin d'assurer la préparation du mélange air-carburant avec une vitesse croissante, il est nécessaire d'augmenter l'angle d'avance d'injection. Pour ce faire, un dispositif automatique d'avance à l'injection de carburant est installé dans la pompe à carburant (Figure 12). 1 - corps de pompe ; 2 - anneau à rouleaux; 3 - rouleau; 4 - actions; 5 –canal dans le piston; 6 - couverture; 7 - pistons; 8 - charnière; 9 - ressort FIG.22 : Variateur hydraulique d'avance à l'injection Dispositifs supplémentaires des pompes d'injection distributrice : Correcteur de pression de suralimentation (LDA) : Ce dispositif est situé dans la partie supérieure de la pompe d'injection, Conçu pour ajuster l'alimentation en carburant en fonction du changement de pression de suralimentation, c'est-à-dire Ce correcteur s'installe sur la pompe d'injection des moteurs fonctionnant en suralimentation. La nécessité de son utilisation est due au fait qu'avec une diminution de la pression de suralimentation, la quantité d'air fournie aux cylindres du moteur diminue également, ce qui, à son tour, nécessite une diminution de la quantité de carburant fournie. 1 - ressort régulateur; 2 - levier à deux bras; 3 - tige de commande ; 4 - écrou de réglage; 5 - membrane; 6 - canal du compresseur; 7 - ressort; 8 - actions; 9 - cône de contrôle FIG.23 : Correcteur de pression de suralimentation LDA (limiteur de richesse) Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 23 Correcteur de pression atmosphérique (ADA) : Conçu pour ajuster l'alimentation en carburant en fonction des changements de pression atmosphérique. La nécessité de son utilisation est due au fait qu'avec une diminution de la pression atmosphérique, le remplissage des cylindres en air diminue également, ce qui, à son tour, peut entraîner une augmentation de la fumée dans le moteur diesel. Le correcteur, ainsi que le correcteur de pression de suralimentation, est situé sur la partie supérieure du couvercle de la pompe d'injection, seulement au lieu d'une membrane, une chambre barométrique y est installée, dont la cavité interne communique avec l'atmosphère. Le fonctionnement du correcteur de pression atmosphérique est tout à fait similaire au fonctionnement du correcteur de pression de suralimentation. Accélérateur de démarrage à froid (KSB) Afin de faciliter le démarrage d'un moteur diesel à basse température ambiante, il est nécessaire de modifier le début de l'injection de carburant, c'est-à-dire l'introduire plus tôt dans les cylindres du moteur. L'accélérateur de démarrage à froid est monté à l'extérieur du boîtier de la pompe d'injection. La tâche de l'accélérateur est d'augmenter l'angle d'avance de l'injection de carburant, qui est mis en œuvre manuellement (à l'aide d'une poussée depuis la cabine du conducteur) (FIG.24, a) ou automatiquement, en fonction de la température du moteur (FIG.24, b). a) -manuel; b) - automatique ; 1 – tampon du levier de l'accélérateur ; 2 - poussée; 3 - retenue; 4 – ressort de rappel de l'accélérateur ; 5 - levier d'accélérateur ; 6 - dispositif automatique d'accélérateur; FIG.24 - Schémas de l'accélérateur de démarrage du moteur à froid Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 24  1 - tige à rotule; 2 - rainure longitudinale; 3 - corps de pompe ; 4 - anneau à rouleaux; 5 - rouleau; 6 – axe d’entrainement ; 7 - pistons; 8 – coulisseau ; 9 - printemps; 10 - axe; 11 - ressort de rappel FIG.25 - Accélérateur de démarrage à froid La régulation électronique du moteur diesel apporte des fonctionnalités supplémentaires par rapport à la mécanique. Grâce aux mesures électriques, il permet un traitement électronique flexible du signal et la création d'une boucle de régulation avec des actionneurs électriques. De plus, un certain nombre de paramètres spéciaux peuvent être pris en compte, ce qui n'est pas possible avec une régulation mécanique. Le système d'admission d’air Introduction Le système d'admission d’air est conçu pour laisser entrer la quantité d'air requise dans le moteur et former un mélange air-carburant. Pour améliorer le remplissage des cylindres avec de l'air, augmenter la puissance dans les moteurs diesel, la suralimentation est utilisée. Dans les véhicule diesel modernes, le système d'admission interagit avec de nombreux systèmes du moteur, notamment le système d’injection, le système de recirculation des gaz d’échappement, le système de récupération des vapeurs d’huile, le servofrein à dépression. L'interaction de ces systèmes et d'un certain nombre d'autres systèmes est assurée par le système de commande du moteur. Présentation du système : Le système d'admission comprend une prise d'air, un filtre à air, un collecteur d'admission et le turbocompresseur Sur certaines conceptions de moteurs, des volets de turbulence Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 25 d'admission et un papillon étouffoir (Papillon d'arrêt en douceur de la tubulure d’admission) sont utilisés. Tous les éléments du système d'admission sont reliés par des tuyaux. Pour que le système de commande du moteur électronique contrôle le fonctionnement du circuit d’admission selon conditions de fonctionnement du moteur, des capteurs et des actuateurs sont montée sur le circuit. 1-tuyau de dépression ; 2- calculateur moteur 3- capteur de pression de suralimentation 4- Boitier de papillon étouffoir; 5- Refroidisseur d’air 6- vanne de recyclage des gaz d’échappement 7- Electrovanne de suralimentation 8- turbocompresseur ;9- Collecteur d’admission 10- soupape de régulation de la pression de suralimentation 11- Collecteur d’échappement A- Air d’admission B- Gaz d’échappement Circuit d’admission d’air suralimenté Le filtre à air : Est utilisé pour nettoyer l'air des particules mécaniques. L'élément filtrant est en papier spécial et placé dans un boîtier séparé. L'élément du filtre à air a une durée de vie limitée. Selon les conditions de fonctionnement de la voiture, la durée de vie de l'élément filtrant peut varier. Le collecteur d’admission : Distribue le flux d'air à travers les cylindres du moteur et lui donne le mouvement nécessaire. Sur certains le vide qui se produit dans le collecteur d'admission est utilisé dans le fonctionnement du servofrein à dépression, ainsi que pour entraîner les volets d'admission. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 26 Volets d'admission de turbulence : (commande de tourbillonnement) Permet d’augmentant la vitesse d’entré d’air pour bien mélanger l’air avec le carburant, ce qui permet l’amélioration de la combustion et la réduction des rejets polluants. En fonction du régime et de la charge du moteur, les volets adoptent une position déterminée pour qu'à l'intérieur du cylindre, la turbulence adéquate soit générée. La tubulure d'admission intègre un arbre à volets qui laisse libre ou empêche le passage de l'air à travers le conduit de remplissage maximal de chaque cylindre. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 27 FONCTIONNEMENT À FAIBLE RÉGIME Au ralenti et à faible régime, la vitesse d'entrée de l'air dans le cylindre est faible, car les pistons se déplacent lentement et la pression de suralimentation est faible. Dans ce cas, les volets à turbulence spiroïdale sont fermés, tout l'air aspiré passe donc par le conduit de turbulence spiroïdale. Cela permet d'augmenter la vitesse d'entrée de l'air dans le cylindre, car le flux passe à l'intérieur du cylindre par un seul conduit au lieu de deux. De plus, de par la forme du conduit, un intense effet de turbulence est généré, qui favorise l'homogénéisation du mélange. FONCTIONNEMENT À MOYEN ET HAUT RÉGIME À moyen et haut régime moteur, le temps disponible pour le remplissage des cylindres est plus court, il est donc intéressant d'augmenter au maximum la section d'entrée de l'air. C'est pour cela que les volets s'ouvrent, laissant passer l'air à travers le conduit de remplissage. Grâce moteur, les volets peuvent se positionner à différents degrés d'ouverture en fonction de la charge et du régime moteur. À partir de 3 000 tr/min les volets sont entièrement ouverts. Le dysfonctionnement du dispositif de turbulence résulte une mauvaise accélération du moteur ou une perte de puissance du moteur. Les causes de dysfonctionnement du système de turbulence à volet :  Dysfonctionnement du moteur de commande des volets (alimentation, court-circuit,…).  Potentiomètre de position des volets défectueux.  Le blocage des volets en raison des substances étrangères (calamine de combustion causé par un recyclage excessif des gaz d’échappement ou des vapeurs d’huile,..). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 28   Arbre de commande cassé ou bloqué. Remarque : Le remplacement du moteur de commande avec le potentiomètre de position des volets nécessite l’adaptation du capteur de position avec l’outil de diagnostic. Le papillon étouffoir : Un boitier papillon montés sur le collecteur d’admission, comporte un moteur de commande, une soupape (papillon) et un capteur de position. a - vue générale ; b - schéma de connexion ; 1 – papillon d'admission ; 2 - moteur électrique; 3 - ressort de rappel; 4 – régulateur électronique ; 5 - unité de commande du moteur Les éléments de la fonction "Etouffoir Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 29 Il permet de :  créer une dépression dans le système d'admission, nécessaire à une recirculation efficace des gaz d'échappement à tous les régimes moteur  Couper le moteur de manière optimale et "confortable" (moins de vibrations), cela permet aussi de limiter les risques d’emballement moteur puisqu'en coupant le contact le papillon fermé empêche l'arrivée d'air. Quand on coupe le moteur, le papillon se ferme pour l'étouffer.  Participer à la régénération du FAP (filtre à particule) catalysé. Le dysfonctionnement d’étouffoir résulte une mauvaise accélération du moteur ou une perte de puissance du moteur. Amélioration de du recyclage des gaz d’échappement par le papillon La suralimentation : Fonction de la suralimentation : Augmenter la quantité d’air et parallèlement la quantité de carburant introduite dans les cylindres pour une plage de fonctionnement moteur déterminée (amélioration du remplissage). Augmenter la vitesse de l’air refoulé vers les cylindres, ce qui permet d’améliorer le tourbillonnement d’air et donc une bonne préparation du mélange. Cette augmentation du mélange carburé améliore les performances du moteur, à savoir : couple, puissance, rendement et par conséquence diminue les gaz polluants rejetés à l’échappement. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 30 Principe de fonctionnement Contrairement à un moteur atmosphérique ou l’air pénètre dans les cylindres par différence de pression (Pa > pression tubulure), avec ce système l’air est introduit sous pression (P admission > P atmosphérique), à l’aide d’un compresseur ou d’un turbocompresseur. Le compresseur utilisé sur les véhicules automobiles est du type centrifuge (turbocompresseur). Principe de fonctionnement du turbocompresseur Le turbocompresseur utilise l'énergie des gaz d'échappement. Cette énergie fait tourner la roue de la turbine. Ensuite, cette rotation est transmise par l'arbre du rotor à la roue du compresseur. La roue du compresseur pompe l'air dans le système, après l'avoir comprimé. L'air refroidi dans le refroidisseur intermédiaire est fourni aux cylindres du moteur. À faible régime du moteur, la pression des gaz d’échappement est insuffisante pour permettre la suralimentation. Le moteur comporte donc deux phases de fonctionnement :  A bas régime, le moteur fonctionne dans l’aide du turbocompresseur.  A haut régime, une phase suralimentée dans laquelle l’action du turbocompresseur est à sa pleine efficacité, le taux de remplissage est alors supérieur à 1. La vitesse de rotation élevée du rotor, qui peut atteindre 100 000 tr/min, l’arbre est montée sur des paliers hydrauliques dont l’huile de graissage est celle du moteur. D’autre Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 31 part, la température des gaz d’échappement se propagent par conduction à l’ensemble du turbocompresseur pouvant atteindre une moyenne de 400°C. Ce qui nécessite un refroidissement important de l’huile. 1-carter inférieur 2-crépine d’aspiration 3- pompe à huile 4-filtre à huile 5-manomètre de pression 6 - thermomètre 7- graissage des paliers du vilebrequin 8- canalisation interne du vilebrequin 9- gicleurs d’arrosage des fonds de piston 10- graissage des paliers du turbo 11- graissage des paliers d’arbre à cames Remarque : Un manque de graissage des paliers et de l’arbre entraine la détérioration rapide du turbocompresseur. La régulation de la pression de suralimentation. A haut régime, la pression de suralimentation est limitée par une soupape de régulation, ou appelée également «wastegate ». Elle a pour rôle de diminuer la quantité de gaz d’échappement, en contact avec la turbine, en commandant un volet par l’intermédiaire d’une capsule à pression. Les gaz déviés, sont rejetés directement dans le circuit d’échappement du véhicule, ce qui a pour effet de ralentir la vitesse du rotor de turbo. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 32 La fonction première de la wastegate est de protéger le turbocompresseur ainsi que le moteur qui en est équipé d'une pression de suralimentation trop élevée. Les gaz déviés, sont rejetés directement dans le circuit d’échappement du véhicule, ce qui a pour effet de ralentir la vitesse du rotor de turbo. Turbocompresseur à géométrie variable La pression du turbocompresseur dans le circuit d’admission doit être régulée pour éviter au moteur de s’emballer. En effet, si la pression augmente, le moteur monte en régime, puis les gaz d’échappement accélèrent la turbine et le moteur se détériore. Un turbocompresseur à géométrie variable est pourvu d’un système de régulation composé d’ailettes articulées commandées par le moteur électronique. – À bas régime, les ailettes se ferment et tout le gaz d’échappement transite par la turbine. – Pendant que le régime moteur augmente, les ailettes s’ouvrent progressivement, puis dévient les flux de gaz de la turbine pour la rendre inopérante. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 33  1 - roue de turbine; 2 - aubes directrices mobiles; 3 - bague de contrôle ; 4 - levier de commande; 5 - tige de commande ; 6 - roue de compresseur ; 7 - capsule pneumatique de commande ; 8 - écoulement des gaz d'échappement Turbocompresseur à géométrie variable à actionneur pneumatique 1 - aubes directrices ; 2 - lames de guidage à levier; 3 - servomoteur ; 4 - unité de commande du turbocompresseur avec potentiomètre de position ; 5 - capteur de température Turbocompresseur à géométrie variable et servomoteur électrique Un capteur de température des gaz d'échappement est installé devant le turbocompresseur. L'unité de commande du moteur utilise le signal du capteur de température des gaz d'échappement pour protéger le turbocompresseur contre des températures de gaz d'échappement trop élevées. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 34 Principe de fonctionnement À charge élevée, les aubes directrices À faible charge du moteur, les aubes ouvrent une plus grande section mobiles ouvrent une petite section transversale des canaux, ce qui réduit le transversale des canaux de sorte que la débit du flux de gaz d’échappement. En contre-pression des gaz d'échappement conséquence, le turbocompresseur accélère augmente. Le flux de gaz développe une moins avec la même quantité de gaz vitesse élevée dans la turbine, fournissant d'échappement et fonctionne à une une fréquence de rotation élevée de l'arbre fréquence inférieure avec plus de gaz. du soufflant Symptômes de dysfonctionnement - Perte de la puissance du moteur et fumée noire à l'échappement - - Secousses du moteur lors de l'accélération - le symptôme le plus courant du blocage du système à géométrie variable, - L'apparition d'huile dans le système d'admission - un problème d'étanchéité du turbocompresseur, - Le moteur se met en mode dégradé en appuyant sur la pédale d'accélérateur - grippage du turbo à géométrie variable, - Bruits métalliques étranges - frottement de la roue de compression contre le carter du turbo, dus à un jeu trop important ou bien mauvais équilibrage (dans ce cas précis le turbocompresseur et HS), "Sifflement" à l'accélération- la roue du turbo (rotor) ou roue de compression endommagés. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 35 Régulation de la température de l’air admis : L’air aspiré par le turbocompresseur se trouve en contact avec les parois chaudes (ex : 400° C) du système de suralimentation ce qui diminue le taux de remplissage des cylindres suite à une diminution de la masse gazeuse admise due à sa dilatation sous l’effet calorifique. Pour remédier à cet inconvénient, un échangeur thermique assure le refroidissement par l’intermédiaire :  De l’air atmosphérique ► échangeur air / air  par l’eau du circuit de refroidissement ► échangeur air / eau. Certains turbocompresseurs sont également refroidis par eau. (Système intercooler sur certains poids lourds). "a" Poumon de commande des ailettes du turbocompresseur (Avec capteur de recopie de position) ;(1) Calculateur contrôle moteur ;(2) Turbocompresseur à géométrie variable - (3) Électrovanne proportionnelle de commande turbocompresseur à géométrie variable (4) Débitmètre d’air massique ; (5) Boîtier filtre à air - (6) Refroidisseur d’air de suralimentation - (8) Boîtier doseur d’air admission ; (9) Capteur de pression et de température d’air d’admission Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 36  Les dispositifs d'aide au démarrage ROLE: Ils servent à faciliter le démarrage du moteur Diesel froid, à assurer un régime de ralenti stable, à réduire les émissions de gaz polluants et à diminuer les bruits de cognements. RRAISON D’ETRE L'aptitude au démarrage des moteurs Diesel diminue à mesure que la température baisse. Lorsque le moteur est froid, les frottements mécaniques augmentent et la température de fin de compression est diminuée. Dans certaines conditions, le démarrage du moteur ne peut donc plus se faire sans l'aide d'un dispositif de préchauffage. En outre, les basses températures entraînent une augmentation des émissions de gaz polluants (formation de fumée blanche ou noire). Pour l'aide au démarrage, on utilise des bougies-crayons pour les voitures de tourisme et un système à filament de chauffage ou une flasque chauffante placée dans la tubulure d'admission pour les moteurs à injection directe de grosses cylindrées Bougies-crayons de préchauffage On distingue deux types de bougies de préchauffage de type crayons: 1. les bougies-crayons autorégulatrices; 2. les bougies-crayons régulées électroniquement Structure :.Elle est composée d'une spirale de régulation branchée en série sur une résistance chauffante en nickel. Les deux spirales ont des coefficients de température positifs mais différents l'un de l'autre (action CTP). Autorégulation : Lors du préchauffage, un fort courant passe de la tige de connexion à la spirale de régulation et à la résistance chauffante. Cette dernière chauffe rapidement le tube incandescent. L'augmentation de température élève la valeur de la résistance de la spirale de régulation, ce qui limite le courant afin d'éviter la surchauffe de la bougie-crayon. Les bougies-crayons autorégulatrices : fonctionnent la plupart du temps avec une tension nominale de 11,5 V. Après 2 à 7 secondes, elles atteignent la température de préchauffage nécessaire de 850 °C. Ensuite, la résistance CTP de la spirale de régulation continue de chauffer ce qui augmente sa résistance, l'intensité du circuit diminue ce qui permet de garder le Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 37  filament chauffant à une température inférieure. Ces bougies absorbent une puissance qui se situe entre 100 W et 120 W. La régulation électronique du préchauffage Déroulement de préchauffage à régulation électronique : Le processus de préchauffage a lieu en trois phases Préchauffage : Si l'interrupteur de contact est en position 1 (borne 15), l'appareil de commande de préchauffage calcule le temps de préchauffage en fonction de la température du liquide de refroidissement. Si celle-ci est supérieure à 60 °C, le préchauffage n'a pas lieu. Chauffage pendant le démarrage : Dès l'extinction de la lampe-témoin de préchauffage, le système fonctionne encore 5 secondes pendant lesquelles il faut démarrer. Le préchauffage fonctionne pendant toute la durée du processus de démarrage, tant que la borne 50 est alimentée Post chauffage : Le post-chauffage commence après le démarrage à froid. Dès que le contacteur de ralenti est ouvert et donc la charge du moteur connue, le post- chauffage s'interrompt. Il s'enclenche à nouveau en cas de retour au ralenti. Le post- chauffage s'arrête si la température du liquide de refroidissement dépasse 60 °C ou après un délai supérieur à 180 secondes. Déroulement du préchauffage Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 38  Contrôle électronique du diesel Présentation du système La commande électronique d’un moteur diesel permet une modulation précise et différenciée des paramètres d’injection de carburant. C’est le seul moyen par lequel un moteur diesel moderne est en mesure de satisfaire les nombreuses exigences qui lui sont imposées. La commande électronique diesel (EDC) est divisée en trois blocs de système :  Les organes de mesure (transmetteurs)  L’organe de régulation (unité de contrôle moteur)  Les organes de contrôles (actuateurs) Principe de fonctionnement : La commande électronique diesel (EDC) Contrairement aux véhicules diesel équipés de pompes à injection classiques en ligne ou de distributeurs, le conducteur d’un véhicule contrôlé par EDC n’a aucune influence directe, par exemple par la pédale d’accélérateur et le câble Bowden (régulation de débit mécanique), sur la quantité de carburant injecté, aussi la régulation de l’avance à l’injection et contrôlé hydrauliquement ou mécaniquement. Au lieu de cela, la quantité de carburant injecté et le moment d’injection sont déterminés suite à une gestion électronique : 1. Les capteurs détectent les conditions réelles de fonctionnement (charge du moteur, régime du moteur, température du moteur, température du carburant,……..). Ils convertissent les variables physiques en signaux électriques et les envoient à l’étage Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 39 d’entrée du calculateur qui les transforme en signaux numérique, ce sont les valeurs réelles détectés par les organes de mesure (les capteurs). 2. L’ECU traite les informations provenant des capteurs (valeurs réelles) et les comparent avec les valeurs de consignes qui sont enregistré se forme d’une cartographie d’injection dans le flash (EPROOM) et en suivant un processus de calcul mathématique (algorithmes de contrôle en boucle ouverte et en boucle fermée), et détermine le moment d’injection et la quantité du carburant à Exemple d’une cartographie d’injection injecter précisément, en suite Il contrôle les actionneurs (électrovanne d’avance, actuateur de débit, injecteurs…….) par des moyens de signaux de sortie électrique(TOR, RCO, Analogique) dans l’étage de puissance (transistors MOSFET/DRIVER). En outre, l’ECU agit comme une interface à d’autres systèmes (ABS, ASR, Climatisation, limiteur de vitesse, Anti-démarrage,……….) et au système de diagnostic du véhicule, ce qui permet la détection des éventuels dysfonctionnements et les mémorise sous forme des codes des défauts dans la mémoire EEPROM en facilitant le diagnostic du système et la recherche des pannes. En plus de ça le calculateur assure le traitement des gaz d’échappement et le contrôle de la suralimentation. 3. Les actionneurs convertissent les signaux de sortie électrique du calculateur en variables mécaniques (p. ex : ouverture et fermeture des injecteurs, taux d’ouverture et de fermeture d’EGR, taux d’ouverture et de fermeture de régulateur de pression de la suralimentation,…………). Remarque : La mémoire FLASH (EPROM) : Conserve les informations sous forme d’une cartographie de la puissance du moteur, d’injection et de traitement des gaz d’échappement (EGR, FAP, SCR,….), elle est volatil (les données ne disparaissent) et non programmable, Seul le fabricant a le droit d’émettre des mises à jour afin d’améliorer le fonctionnement du système, elle est accessible par la prise OBD via l’outil de Exemple des composants principaux d’un ECU diagnostic par l’utilisateur (ex : lecture des valeurs de consignes ). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 40 La mémoire EEPROM : Conserve les informations spécifiques pour chaque véhicule comme : les codes des défauts, les Codes des injecteurs, Code anti-démarrage, Systèmes qui équipe le véhicule (ex : avec ou sans climatisation/limiteur de vitesse/boite vitesse automatique/ESP), les positions des actuateurs (EGR, actuateur de suralimentation, moteur de papillon, volets de turbulence,….).Cette mémoire est programmable par outil de diagnostic (effacement des codes des défauts, codage des injecteurs, adaptation de position de soupape EGR/de suralimentation/les volets de turbulence,…..) Applications Cette technologie a été appliquée pour les systèmes d’injection avec pompes rotatives, Les fabricants les ont abandonnés pour plusieurs raisons, Malgré la gestion électronique du début et le débit d’injection : La génération de la haute pression est proportionnelle au régime moteur. Sur ces systèmes le carburant est fourni aux injecteurs par la pompe d’injection qui assure la distribution, l’ouverture des injecteurs classiques n’est pas assez rapide et l’usure est toujours présent des éléments qui assurent la distribution et la génération de la haute pression. Tous ses facteurs influent sur la précision de régulation du débit et l’avance à l’injection. Injection EDC LES PRINCIPES DE MESURE : Dans l’injection classique le conducteur actionne la pédale d’accélérateur pour la régulation du débit d’injection, le régulateur d’avance est actionné sous l’effet de pression hydraulique en fonction du régime moteur, alors dans l’injection électronique ces paramètres de contrôles sont remplacés par des paramètres de mesure de base : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 41   Le capteur de position de la pédale d’accélération (mesure la charge du moteur).  Le capteur de régime (mesure le régime du moteur). La charge et le régime sont les valeurs d’asservissement principal nécessaire pour que l’unité de contrôle moteur puisse calculer le débit du carburant à injecter selon la demande du conducteur et le point d’injection selon le régime du moteur. Sur les pompes d’injection classique, plusieurs dispositifs sont ajoutés (LDA, ADA, KSB) pour assurer la correction du début et le débit d’injection, alors ces paramètre dans l’injection électronique sont remplacés par les paramètres de mesure qui servent à la correction du débit et début d’injection :  La température du moteur  La température d’air  La température du carburant  La pression de suralimentation  Le débit d’air …………… Alimentation avec pompe distributrices à piston axial à régulation électronique (EDC) Dans ce type d’injection, l’électronique assure la régulation du début et débit de gasoil injecté, il assure aussi la régulation de la suralimentation et du recyclage des gaz d’échappement. C'est une pompe d'injection distributrice à piston axial avec un actionneur électromagnétique pour le tiroir de régulation. Une électrovanne de correction est reliée au variateur d'avance à l'injection. FIG.22 : Pompe d'injection distributrice à piston axial à régulation électronique EDC. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 42 Le calculateur détermine, en fonction des paramètres d’entrée, LE DEBIT ET LE DEBUT THEORIQUE. Ce système fonctionne en boucle de régulation, c’est-à-dire que le DEBIT réel et le DEBUT réel sont mesurés en permanence. Ces mesures sont renvoyées vers la centrale de commande et comparées avec les DEBIT et DEBUT théoriques mémorisés sous forme de cartographie. Au besoin une correction est effectuée. Régulation de début d’injection : Capteur de début d’injection (FIG.23) Un des injecteurs (souvent celui du 1ier cylindre mais pas toujours) comporte un capteur inductif de début d’injection. Chaque levée de l’aiguille de l’injecteur produit une variation de flux magnétique dans la bobine. Cette variation de flux magnétique induit une tension dans la bobine. Ce signal est alors envoyé vers la centrale de commande. En fonction de ce signal ET de celui du capteur de régime, le calculateur peut déterminer le début d’injection réel ET l’avance à l’injection réelle FIG.23 : Injecteur avec capteur de mouvement par rapport au PMH. d’aiguille L’électrovanne d’avance à l’injection : Une électrovanne à RCO (rapport cyclique d’ouverture) variable est montée en parallèle avec le vérin d’avance. Le gasoil qui exerce une force sur le côté droit du piston peut aussi retourner vers le réservoir si l’électrovanne est ouverte. La pression interne de la pompe d’injection et donc aussi l’avance à l’injection, ne dépendront plus uniquement du régime moteur. En fonction des valeurs de consigne et des valeurs réelles mesurées, le calculateur déterminera le RCO qui permettra d’avoir l’avance FIG.24 réelle égale à l’avance de consigne prélevée sur la cartographie du moteur. Absence de signal : Si l'électrovanne ne commande plus le variateur d'avance à l'injection, le début de l'injection continue à être ajusté par la pression interne de la pompe qui dépend du régime. Dans ce cas, l'injection fonctionne sur le mode "secours", la puissance du moteur est réduite d'environ 30 % et l'erreur est enregistrée dans la centrale de commande. FIG.25 : Electrovanne de variateur d'avance Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers De L’AutomobileI DEEA MOTEUR DIESEL 43 5. Le Circuit d’alimentation avec Pompe d'injection distributrice à pistons radiaux (VP44) : Un système d'injection diesel, équipé d'une pompe distributrice à pistons radiaux VP 44, dispose de deux calculateurs pour la régulation électronique diesel : un calculateur moteur et un calculateur pompe. Cette organisation s'impose afin d'éviter, d'une part, la surchauffe de certains composants électroniques et d'autre part, l'influence de signaux parasites qui peuvent être générés au niveau de la pompe d'injection à cause des courants de forte intensité (de l'ordre de 20 A maximum). Le calculateur pompe enregistre les signaux émis par les capteurs d'angle de rotation et de température du carburant. Il les exploite pour l'adaptation optimale du point d'injection. Le calculateur moteur traite toutes les autres données spécifiques du moteur et