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L'injecteur piézoélectrique passe à l'action directe

Philippe Pelaprat

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L'équipementier Delphi lance un dispositif d'injection qui optimise le fonctionnement du moteur diesel en se passant de servo-actionneur.

L'injection par rampe commune ou Common Rail est devenue le mode commun de l'alimentation du moteur diesel. Le principe : une pompe haute pression envoie le carburant dans une sphère ou un tube accumulateur qui le dispense en permanence aux injecteurs. Ceux-ci sont pilotés par une unité de commande électronique qui restitue les ordres d'accélération du conducteur en synchronisant et en dosant la pulvérisation du gazole dans les cylindres du moteur. Chaque injecteur contient un actionneur qui transforme les impulsions électriques reçues en mouvements du pointeau dans le gicleur, action qui libère du carburant vaporisé en quantité variable. Chaque évolution technologique - actionneur électromécanique, mu par un solénoïde ou par un dispositif piézoélectrique - a permis d'affiner la précision du contrôle de la voie électronique sur les injecteurs, les quantités débitées étant de mieux en mieux dosées (moins du millimètre cube) selon des séquençages de plus en plus modulés (jusqu'à moins d'une milliseconde).

La dernière innovation en date est le fruit des travaux des ingénieurs de Delphi, l'un des quatre acteurs majeurs de l'injection par rampe commune avec les allemands Robert Bosch, Continental (ex VDO Siemens) et le japonais Denso.

La pulvérisation du gazole est améliorée

Les équipes européennes de l'équipementier américain ont conçu un nouveau mode de transmission du mouvement produit par un empilement de disques en céramique sujet à effet piézoélectrique et appliqué au pointeau du gicleur. Le système électrohydraulique - dit servo-actionneur - mis en oeuvre sur les injecteurs actuels a été remplacé par un simple amplificateur ce qui donne une action de l'aiguille (ou pointeau) plus rapide, avec plus de moment cinétique et de précision. Cette "action directe" produit des ouvertures et fermetures de gicleurs quasi instantanées quelle que soit la pression d'injection. Résultat : une amélioration très significative de la gestion de la pulvérisation du gazole qui réduit de 30 % les émissions de monoxyde et dioxyde d'azote (NOx) tout en augmentant le couple moteur.

Le nouvel injecteur permet aussi aux constructeurs d'automobiles de jouer finement sur le processus de combustion de leurs moteurs. Le Delphi DF13 gère ainsi sept injections (voire plus) d'intensité variable pour chaque cycle de chaque cylindre, avec des micropulvérisations pilotes, produites par contrôle proportionnel de la levée d'aiguille et destinées à préparer la vraie injection. Celle-ci est suivie de post-injections destinées à réduire la production de fumée et à régénérer le filtre à particules. De même cet injecteur impacte les moyens de post-traitement mis en oeuvre sur le circuit d'échappement par réduction de la taille du filtre à particules ou du capteur de NOx.

Delphi souligne aussi que son produit ne retourne plus de carburant au réservoir ce qui réduit la taille de la pompe et élimine un radiateur de refroidissement. Enfin, le niveau de bruit du moteur est notablement diminué.

également pour les motorisations hybrides

Autre application envisagée par Delphi : l'équipement des véhicules diesel hybrides. Le maintien constant de la pression dans la rampe et ses injecteurs favorise le redémarrage instantané des motorisations de type stop and go (moteur thermique associé à un alterno-démarreur) alors que le pilotage fin par l'unité de contrôle peut éventuellement s'appliquer à un groupe propulseur mixte.

L'injecteur Delphi et son système de rampe commune sont destinés à l'équipement des véhicules diesel de moyen et grand gabarit devant répondre aux normes de pollution Euro 5 (250 g/km de NOx) et bientôt Euro 6 (80 g/km de NOx en 2014) et leurs équivalents aux États-Unis. Mais il n'est pas exclu que cette technologie puisse trouver des développements sur des motorisations plus lourdes.

Le premier utilisateur déclaré est le groupe Mercedes Benz qui équipe sa nouvelle Classe C 250 CDI d'une rampe commune à injection piézoélectrique à action directe. Son moteur OM651 est décliné en trois versions à 150 kW, 125 kW et 100 kW, toutes dotées de la solution Delphi développée à Blois (France), pour les injecteurs, à Gillingham (Grande-Bretagne) pour l'unité électronique de contrôle, et à Bascharage (Luxembourg), pour l'adaptation au véhicule.

UN MODE DE PRODUCTION ENTIÈREMENT REPENSÉ

L'usine Delphi de Blois (Loir-et-Cher) emploie 1 030 salariés en production et 500 en ingénierie. La mise en production de l'injecteur piézoélectrique à action directe a nécessité une remise à niveau d'une partie de l'outil industriel et la création d'unités conformes aux exigences de propreté du nouveau produit. La fabrication du corps de l'injecteur et de l'embout portant les orifices d'injection s'effectue sur des machines de haute précision. Les trous d'injection coniques, en particulier, sont perforés sur des machines du suisse Posalux, entreprise spécialisée dans la microperforation par électroérosion. La production de l'actionneur s'effectue dans une salle blanche de classe 10 000. Les empilements de pastilles de céramique piézoélectrique livrés par le japonais Murata sont manipulés par des bras robotisés Stäubli tout le long du processus. Chaque injecteur subit une batterie de tests L'insertion de l'actionneur dans le corps d'injecteur et l'assemblage final du produit sont effectués dans une seconde ligne automatique soumise à des conditions de propreté encore plus draconiennes (classe 100 000). En sortie d'assemblage, chaque injecteur subit individuellement une batterie de tests qui définit son I2C (Individual injectors characterization). Ces informations sont marquées au laser dans un code 2D Datamatrix et récupérées par le constructeur automobile qui les enregistre dans l'unité de contrôle des injecteurs afin d'en optimiser le fonctionnement compte tenu des différences infimes qui pourraient exister.

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