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L’injection directe très haute pression HDi d’une voiture

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La technologie d’injection directe à très haute pression assure le meilleur rendement énergétique de tous les moteurs thermiques, réduisant la consommation et l’émission de gaz à effet de serre. Selon les lois de Carnot qui caractérisent le fonctionnement des moteurs à combustion, le rendement dépend, notamment, du rapport volumétrique du cycle et de la température en fin de combustion. Dans ces conditions, le Diesel a forcément un meilleur rendement qu’un moteur à allumage commandé (moteur à essence ou au gaz).

Toutefois, cet avantage a longtemps été rogné par la médiocrité de la combustion du gazole, d’autant qu’il commençait à brûler dans une petite chambre annexe, reliée à la chambre principale par un mince canal. Un premier progrès fut apporté par l’injection du carburant directement dans la chambre de combustion (creusée dans la tête du piston).

Mieux contrôler l’injection

c1_200 Dans un moteur à cycle alternatif, le volume de la chambre de combustion variant constamment (entre les points morts haut et bas). Il est donc très difficile d’analyser sa combustion, d’autant que pendant le même temps, la température et la pression évoluent également. Les motoristes cherchent donc depuis longtemps à atteindre le remplissage optimal, ainsi que la température et la pression maximum, le plus vite possible après le début de l’injection du carburant.

Avec une pompe d’injection entraînée mécaniquement par le moteur, et distribuant le gazole comprimé successivement à chaque cylindre, il est pratiquement impossible de déterminer précisément la quantité de carburant injecté dans chaque chambre de combustion, et surtout l’instant précis de l’injection.

Le temps qui s’écoule entre l’instant où le carburant est comprimé dans la pompe, et celui où il pénètre dans la chambre dépend en effet de la longueur du tuyau reliant la pompe à l’injecteur (c’est pourquoi tous les tuyaux ont la même longueur, au prix de courbes parfois étranges pour le profane). Il dépend aussi de la vitesse de l’onde de pression dans le gazole, qui varie en fonction de la température et de la pression. C’est pourquoi les moteurs Diesel à injection indirecte émettent fréquemment une bouffée de fumée à chaque accélération brutale.

 


Injection : dosage à la microgoutte

Les motoristes ont mis au point, vers le milieu des années 1990, une technologie qui élimine ces écueils en injectant le carburant à une pression extrêmement élevée (1 350 bars sur la première génération HDi), à partir d’une sorte de réservoir, appelé “rampe commune”, qui le distribue à tous les injecteurs en même temps. Cette rampe commune est constamment remplie de carburant “gavé” sous pression par une pompe électrique. L’injection est alors déclenchée par la levée de l’aiguille de l’injecteur sous l’action d’un solénoïde, commandé par une impulsion générée à partir du calculateur.

On arrive ainsi à injecter le carburant à un instant très précis, et il devient possible d’étaler l’injection en une série d’impulsions calibrées à la milli-seconde et au 1/100 de microlitre près. Pendant quelques millièmes de seconde, une petite quantité de gazole est d’abord injectée pour assurer une montée progressive de la température. Cette “injection pilote” est suivie d’une ou de plusieurs autres, selon la demande de puissance déterminée par le calculateur.

Cette technique améliore considérablement la qualité de combustion du gazole, au profit du rendement du moteur. Il en résulte une réduction de consommation de l’ordre de 20 % par rapport à un Diesel à préchambre, une diminution de même ordre du CO2 (gaz à effet de serre) émis, et d’environ 50 % des éléments responsables de la génération d’ozone.

La technologie a encore progressé, avec une pression d’injection qui atteint 1 600 bars, et des injecteurs commandés par un clapet piézo-électrique, autorisant une meilleure précision de l’injection et la combustion du gazole.



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