Qu'est que l'injection directe de carburant ? - Chroniques

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Qu'est que l'injection directe de carburant ?

L’explication détaillée du principe de l’injection directe de carburant qu’on trouve dans la plupart des moteurs thermiques modernes.

5 janvier 2022

Courtoisie

Au fur et à mesure que les constructeurs d’automobiles se sont efforcés d’améliorer le rendement du moteur thermique, de nouvelles technologies ont été développées afin de réduire la consommation de carburant et les émissions de GES, tout en améliorant les performances. L’injection directe de carburant a certainement contribué à rendre le moteur à combustion interne plus propre. Mais de quoi s’agit-il, comment ça fonctionne, et quels sont les avantages et les inconvénients d’une telle technologie ? Voici quelques explications.

L’injection directe est un principe d’admission qui permet au carburant d’entrer directement dans la chambre à combustion plutôt que dans le collecteur d’amission.  

Dans les faits, l’injection directe a fait ses tout premiers débuts sur les moteurs Diesel en 1894, mais les premières applications de la technologie pour l’essence remontent à 1911. C’est le docteur, ingénieur et inventeur Archibald Low qui avait conçu un moteur de motocyclette à 4 temps capable de pressuriser l’essence avant de l’envoyer dans la chambre à combustion. Cette technique améliorait ainsi son efficacité.

Injection directe

L’armée allemande nazie s’est servi de l’injection directe surtout pour ses moteurs d’avion. Bosch a également développé un système du genre pour l’automobile au cours des années 1930, permettant de réduire la consommation de carburant d’environ 30 % par rapport au carburateur traditionnel. Ce système a ensuite été perfectionné, puis utilisé par Mercedes-Benz dans la 300SL de 1955. Hélas, les coûts élevés du système ont empêché les constructeurs de l’utiliser davantage.

 



Ce n’est qu’en 1996, en raison de coûts plus abordables, qu’un constructeur a tenté d’utiliser de nouveau l’injection directe sur une voiture commercialisée à grande échelle. Il s’agissait de la Mitsubishi Galant, mise en marché au Japon seulement.

Au début des années 2000, les grands constructeurs d’automobiles allemands, pour la plupart, ont commencé à intégrer la technologie à leurs motorisations thermiques. Aujourd’hui, l’injection directe est répandue partout dans l’industrie.

Système d'injection directe

Fonctionnement et applications

Contrairement à l’injection ordinaire qui fait entrer l’essence par l’entremise d’injecteurs installés à même le collecteur d’admission, l’injection directe pulvérise l’essence à l’intérieur de la chambre à combustion, l’endroit où le mélange d’air et d’essence allumé par l’étincelle de la bougie crée l’explosion. C’est cette explosion qui permet ensuite de faire bouger le piston à l’intérieur du cylindre.

À l’écoute, on reconnaît un moteur équipé de l’injection directe par son bruit de claquement lorsqu’il tourne au ralenti. Ce bruit est habituellement plus présent quand le moteur tourne à froid. Certains systèmes auront presque la sonorité d’un moteur Diesel.

Pour en arriver à l’injection directe, le compartiment moteur doit être équipé d’une pompe à essence à très haute pression. Cette pompe, qui reçoit l’essence provenant d’une pompe à basse pression installée dans le réservoir de carburant, augmente la pression selon les exigences déterminées par l’ordinateur. Elle achemine ensuite l’essence pressurisée à l’intérieur d’une rampe d’alimentation où elle reste immobile avant d’être envoyée aux injecteurs. Un ordinateur détermine ensuite le moment où l’injecteur doit faire entrer l’essence dans le moteur.

Injecteur à haute pression

Pour mettre les choses en perspective, l’injection ordinaire fait entrer l’essence dans le moteur à une pression d’environ 4,1 bars (60 psi). Dans le cas de l’injection directe, cette pression monte aux environs des 172 bars (2 500 psi).

Puisque la pression est si élevée, et que l’injecteur est installé à même la chambre à combustion avec la bougie et les soupapes, l’essence peut ainsi être injectée en une quantité très précise et au moment où l’air est comprimé au maximum. L’essence injectée s’atomise avec l’air, la bougie crée son étincelle, et une explosion s’ensuit. Des soupapes d’échappement des gaz se chargent subséquemment d’évacuer les résidus.

Injection directe

Avantages et inconvénients

L’avantage premier de l’injection directe est sa précision et son efficacité parce que l’essence est injectée dans la chambre à combustion à très haute pression et à un moment très précis. Cette manière de fonctionner permet au moteur de consommer jusqu’à 10 % moins d’essence durant son cycle d’allumage.

Il y a donc moins de gaspillage et moins de pertes. Le résultat pour l’automobiliste est un moteur qui est nettement moins gourmand en essence, plus propre en matière d’émissions de CO2 et qui déploie sa puissance et son couple de façon beaucoup plus efficace.

Ce système n’est toutefois pas parfait en termes de fiabilité, surtout en raison de l’essence qui entre dans le moteur à une pression aussi élevée. Ceci cause éventuellement un stress sur la rampe d’admission, les injecteurs et la pompe. Tous ces composants peuvent ainsi s’user prématurément et devoir être remplacés plus rapidement que ceux d’un moteur à injection ordinaire.

On note également une usure prématurée du système de récupération des gaz et des soupapes d’échappement et d’admission causée par une accumulation de carbone dans les soupapes. C’est pourquoi il est recommandé d’effectuer une décarbonisation des soupapes aux environs des 50 000 kilomètres (ce chiffre diffère d’un modèle à l’autre). Un mécanicien d’expérience saura vous guider dans le processus.

Il est cependant important de préciser que certains systèmes y vont d’un principe hybride qui marie l’injection ordinaire à l’injection directe afin de pallier les problèmes de carbonisation des soupapes. C’est d’ailleurs le principe derrière la technologie D4-S de Toyota.

 

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