Le système d'injection, injecteur pompe

Les ingénieurs motoristes de Bosch et ceux de VW, ont donc cherché à développer le système injecteur pompe dont le principe est connu puisque appliqué en poids lourds. 

Cependant, le cahier des charges automobile et le mode d'utilisation sont bien différents de ceux du poids lourds et non transposable.

L'injecteur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre.

La partie pompe est placée au dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un très petit volume.

L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars.

L'élément pompe implanté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Ce culbuteur agit sur un petit piston (dit "plongeur"). Lorsque qu'il descend, la haute pression est obtenue à une vitesse extrêmement rapide de par la forme particulière de sa came de commande afin de fournir la haute pression maximum désirée. Un ressort de "rappel" ramène le piston à sa position initiale. L'alimentation du carburant de l'injecteur pompe s'effectue sans tuyauterie externe, directement au travers d'alésages usinés dans la culasse et est refoulé par une pompe mécanique basse pression montée sur la culasse.

L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre.

La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 de volume de carburant pré injecté.

1-Injecteur pompe.2-Culbuteurs à galet de commande de l'élément pompe.3-Électrovanne.
4-Axe des culbuteurs.   5-Arbre à cames.   6-Cames de commande des soupapes.7-Came de commande de l'injecteur pompe.8-Poussoir de soupape.9-Bougie de préchauffage

L'injection du carburant est pilotée par l'électrovanne de commande. Sa fermeture électrique provoque, dès que le piston commence sa descente, l'établissement de la pression. La pression d'ouverture de l'injecteur étant atteinte, le téton se soulève, permettant la pré injection. Pendant cette phase, le déplacement du téton est contrôlé par une butée hydraulique d'amortissement du téton qui permet le contrôle du débit pré injecté.

Aussitôt après le piston à "déport" se déplace, provoquant une courte chute de pression permettant au téton d'injecteur de se refermer. La précontrainte du ressort d'injecteur étant plus importante en fin de déport du piston, et une fois la pression d'ouverture plus élevée atteinte, l'injection principale débute, l'électrovanne stoppant alors l'injection à l'instant voulu par sa fermeture électrique.

Le faible volume haute pression de carburant autorise une diminution rapide de pression et un arrêt brusque de l'injection.

Remarque : le système injecteur pompe impose une culasse très spécifique et la haute pression est complètement dépendante du système de distribution et ne peut donc être gérée électroniquement. Aussi la haute pression fournie est très élevée et favorise la consommation et la maîtrise des émissions à l’échappement.

Pour répondre aux plus fortes charges, le vilebrequin a subi un écrouissage du premier flasque pour une meilleure résistance, tandis que des bielles trapézoïdales équipent ce moteur. Ce type de bielle autorise une réduction des tensions périphériques au niveau de la cavité du piston de l'ordre de 10% et une réduction de 15% au niveau des pressions superficielles au niveau du bossage de l'axe de piston tout en permettant une diminution du poids de l'équipage mobile de 4% soit environ 50g par cylindre.

La courroie de distribution doit supporter des contraintes dynamiques élevées. Son matériau est optimisé et le crantage de la courroie a été redessiné. Par ailleurs, à 3000 tr/min la distribution génère des phénomènes de résonance ce qui entraîne une sensible augmentation des forces dynamiques au niveau du brin.

Ce phénomène a nécessité la mise au point d'une "masse d'équilibrage de l'arbre à cames" afin de réduire ces résonances donc ces forces, voire même les éliminer.

Un tendeur hydraulique de courroie crantée du brin non sollicité a également été ajouté.

Conséquence de l'application de ce système :

Le moteur 1,9 TDI à injecteur pompe développe une puissance de 115 ch. contre 110 ch. pour le moteur à pompe distributrice, mais c'est surtout au niveau du couple moteur que les valeurs sont nettement améliorées puisqu'il atteint 28,5 daN/m à 1900 tr/min contre 24 daN/m à 1900 tr/min pour le moteur 110 ch. soit une augmentation de 21,3 %. Ce gain de couple se traduit évidemment sur la performance en reprise, et par exemple, la Passat berline équipée du nouveau moteur gagne 2,5 secondes en reprise de 80 à 120 Km/h en 4ème et 5ème par rapport à la Passat 110 ch.

Voir aussi : Le système d'injection, common rail et Les différents types d'injections